FR2557742A1 - Oscillateur a laser a gaz du type a circulation axiale rapide - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES LASERS A GAZ. UN OSCILLATEUR A LASER A GAZ COMPREND NOTAMMENT UN ECHANGEUR DE CHALEUR 43 DESTINE A REFROIDIR LE GAZ LASER, DES MOYENS DE CIRCULATION DE GAZ 69, UN ENSEMBLE DE TUBES LASERS 49A, 49B DISPOSES PARALLELEMENT LES UNS AUX AUTRES, ET UN ENSEMBLE DE CONDUITS DE RECYCLAGE DE GAZ 97 QUI RELIENT LES TUBES LASERS A L'ECHANGEUR DE CHALEUR ET QUI ONT TOUS PRATIQUEMENT LA MEME LONGUEUR. DES CATALYSEURS 129 SONT INCORPORES DANS LES CONDUITS DE RECYCLAGE POUR NEUTRALISER LE GAZ IONISE QUI SORT DES TUBES LASERS. APPLICATION AUX MACHINES-OUTILS A LASER.

Description

La présente invention concerne les oscillateurs à

laser à gaz. Elle porte plus particulièrement sur des oscil-

lateurs à laser à gaz du type à circulation axiale rapide,

dans lesquels le gaz laser circule dans la direction du fais-

ceau laser.

Dans un oscillateur à laser à gaz, l'effet d'ampli-

fication laser a lieu à l'intérieur d'un tube laser dans le-

quel on produit un plasma. On sait que le fait d'augmenter la longueur d'un tube laser conduit à une augmentation de la

puissance de sortie, du fait de l'augmentation du volume oc-

cupé par le plasma. Par conséquent, pour augmenter la puis-

sance de sortie d'un laser, on doit augmenter la longueur des tubes lasers d'un oscillateur à laser à gaz. Cependant, le

fait d'augmenter la longueur des tubes lasers crée des diffi-

cultés à la fois sur le plan technologique et en ce qui con-

cerne l'espace exigé. Par conséquent, en général, on dispose d'un certain nombre de tubes lasers parallèlement les uns aux autres et on place des miroirs réfléchissants aux jonctions

entre les tubes, ce qui augmente la longueur globale effecti-

ve. On sait en outre que si on refroidit le gaz laser dans un

oscillateur à laser à gaz, on accélère l'inversion de popu-

lation et on augmente le rendement de l'oscillation laser.

Par conséquent, de façon générale, on refroidit les tubes lasers, ou bien on refroidit le gaz laser dans un échangeur de chaleur, puis on l'injecte dans les tubes lasers à grande vitesse; le gaz laser qui est échauffé par la décharge électrique est immédiatement renvoyé vers l'échangeur de chaleur dans lequel il est refroidi à nouveau. De plus, pour améliorer le rendement d'un oscillateur à laser à gaz, il est

également nécessaire d'améliorer le rendement de l'utilisa-

tion de l'énergie électrique qui est utilisée pour l'injec-

tion. Les oscillateurs à laser à gaz classiques du type à circulation axiale rapide, comportent un refroidisseur ou un échangeur de chaleur destiné à refroidir le gaz laser dans les tubes lasers, et une soufflante pour injecter le gaz dans les tubes à grande vitesse, puis le gaz est recyclé et

retourne des tubes lasers vers l'échangeur de chaleur. Ce-

pendant, les longueurs des conduits de recyclage des tubes lasers vers l'échangeur de chaleur ou le refroidisseur ne sont pas constantes dans les oscillateurs à laser à gaz de l'art antérieur. Ceci signifie que les résistances à la

circulation du gaz dans les différents conduits de recycla-

ge ne sont pas égales, ce qui produit des inégalités dans

les débits et donc dans la température du gaz laser à l'in-

térieur des différents tubes lasers.

Autrement dit, dans les tubes qui reçoivent du gaz laser qui a été recyclé avec des débits inférieurs à ceux du gaz laser entrant dans d'autres tubes lasers, la température est plus élevée, ce qui signifie que l'inversion de population est réduite et la puissance de sortie du laser est elle-même réduite, ce qui, à son tour, affecte le mode

du faisceau laser. Les débits différents du gaz laser en-

trant dans les différents tubes lasers sont donc une cause de diminution de la puissance de sortie et de fluctuations de la puissance de sortie de l'ensemble de l'oscillateur à

laser à gaz.

En outre, le gaz qui est recyclé vers l'échangeur de chaleur à partir des tubes lasers dans un oscillateur à laser à gaz est une sorte de plasma, du fait que le gaz a été ionisé par des décharges électriques à l'intérieur des tubes lasers. Ceci signifie que le gaz devient conducteur de l'électricité, ce qui fait que des décharges électriques

inutiles,'qui ne contribuent en rien au pompage du gaz la-

ser, se produisent entre l'échangeur de chaleur et les ca-

thodes des tubes lasers, ce qui produit une forte perte d'énergie électrique utilisée pour l'injection. De plus, ces décharges électriques échauffent encore davantage le gaz laser, ce qui impose une charge supplémentaire à

l'échangeur de chaleur ou au refroidisseur.

Il existe de plus dans les oscillateurs à laser à

gaz de l'art antérieur un problème gênant concernant l'enlè-

vement et le remplacement d'électrodes. La stabilité des dé-

charges électriques et l'établissement de bonnes conditions pour la circulation du gaz laser à l'intérieur des tubes la-

sers, exigent que les électrodes aient une forme annulaire.

De plus, pour réduire la résistance de contact entre les électrodes et les supports d'électrodes, les électrodes sont emmanchées à chaud sur les supports d'électrodes qui sont

accouplés aux tubes lasers. Par conséquent, du fait que cha-

que support d'électrode doit être extrait du tube laser pour remplacer l'électrode, il apparaît le problème qui consiste en ce que le tube laser doit être déplacé dans la direction axiale.

En outre, du fait que dans les oscillateurs à la-

ser à gaz de l'art antérieur, les plaques de support qui supportent les tubes lasers sont fixées à la base, il existe un problème qui consiste dans la difficulté de compenser la déformation thermique des plaques de support et des éléments

environnants.

Le but principal de l'invention est de procurer un

oscillateur à laser à gaz du type à circulation axiale ra-

pide, dans lequel les débits du gaz laser à l'intérieur des

tubes lasers soient plus ou moins égaux.

Un autre but de l'invention est de procurer un

oscillateur à laser à gaz du type à circulation axiale ra-

pide, dans lequel les longueurs des conduits de recyclage allant des tubes lasers vers l'échangeur de chaleur ou le refroidisseur demeurent approximativement égales, même si on

augmente ou on diminue le nombre de tubes.

Un autre but de l'invention est de procurer un oscillateur à laser du type à circulation axiale rapide, dans lequel les décharges électriques entre les électrodes

des tubes lasers et de l'échangeur de chaleur sont suppri-

nées, ce qui réduit la perte d'énergie électrique utilisée pour l'injection et supprime un échauffement excessif du

gaz laser et, en outre, réduit la charge supplémentaire im-

posée à l'échangeur de chaleur ou au refroidisseur.

Un autre but de l'invention est de procurer un oscillateur à laser du type à circulation axiale rapide, dans lequel l'enlèvement et le remplacement des électrodes dans les tubes lasers puissent être effectués aisément, sans

déplacer les tubes dans la direction axiale.

Un autre but de l'invention est de procurer un

oscillateur à laser à gaz du type à circulation axiale ra-

pide, dans lequel les vibrations de la soufflante qu'on

utilise pour faire circuler le gaz laser vers les tubes la-

sers ne sont pas transmises à chacun des tubes, et dans le-

quel il est en outre possible de compenser les déformations thermiques dans les accouplements entre la soufflante et

les tubes lasers.

Un autre but encore de l'invention est de procurer un oscillateur à laser à gaz du type à circulation axiale rapide, dans lequel les plaques de support qui supportent les deux extrémités des tubes lasers peuvent se déplacer légèrement pour compenser la dilatation et la contraction

des barres d'accouplement -qui sont accouplées à chaque pla-

que de support.

Pour atteindre ces buts, ainsi que d'autres, dans

l'oscillateur conforme à l'invention les longueurs des con-

duits de recyclage du gaz allant des tubes lasers vers

l'échangeur de chaleur ou le refroidisseur sont approxi-

mativement égales. De plus, un catalyseur est placé le long des conduits de recyclage, pour neutraliser les gaz lasers ionisés. En outre, les accouplements entre la soufflante et chaque tube laser ainsi qu'entre chaque tube laser et

l'échangeur de chaleur utilisent des joints en matière fle-

xible. En outre, les plaques de support des tubes lasers

sont montées de manière à être libres de se déplacer légè-

rement sous l'effet de la dilatation et de la contraction des barres d'accouplement. De plus, les électrodes situées à l'intérieur de chaque tube laser sont serrées entre des

griffes d'un support de manière à pouvoir être aisément en-

levées et remplacées.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la description

détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en élévation de face d'une machine-outil à laser qui comporte un oscillateur à laser

conforme à l'invention.

La figure 2 montre une vue en élévation de face

d'un oscillateur à laser conforme à l'invention.

La figure 3 montre une vue en plan de dessus de

l'oscillateur à laser de la figure 2.

La figure 4 montre une vue en élévation par le

côté droit de l'oscillateur à laser de la figure 2.

La figure 5 montre une coupe selon la ligne V-V

de la figure 2.

La figure 6 montre une coupe agrandie selon la

ligne VI-VI de la figure 2.

La figure 7 montre une coupe agrandie selon la

ligne VII-VII de la figure 3.

La figure 8 montre une coupe agrandie selon la

ligne VIII-VIIi de la figure 3.

Sur la figure 1, la référence I désigne de façon générale une machineoutil à laser classique qui comporte un oscillateur à laser 3. Cet oscillateur à laser 3 produit un faisceau laser LB dirigé vers la machineoutil à laser 1, et il est monté à l'arrière de la machine-outil à laser 1. Sur la figure 1, l'oscillateur à laser 3 est monté sur

la machine-outil à laser 1, mais il faut noter que l'os-

cillateur à laser 3 n'est pas utilisé exclusivement avec des machinesoutils à laser; on peut également l'utiliser

dans d'autres types de dispositifs.

La machine-outil à laser I comprend un socle 5, une colonne 7 qui s'élève perpendiculairement à partir du socle 5, et un bras en surplomb 9 qui se trouve au-dessus du socle 5 et est parallèle à ce dernier, en étant supporté en porte-à-faux à l'une de ses extrémités par la colonne 7.

Sur le socle 5 se trouve une table de machine Il sur laquel-

le un grand nombre de billes de glissement sont positionnées

de façon tournante afin de supporterdans une position hori-

zontale une pièce à usiner W consistant en une tôle. Une tê-

te d'usinage 13 est montée à l'extrémité libre du bras en surplomb 9 précité; et un dispositif à miroir 15 et une lentille de focalisation de lumière 17 sont incorporés dans cette tête d'usinage 13. Ie dispositif à miroir 15 précité réfléchitdans la direction de la pièce W le faisceau laser

LB que génère l'oscillateur à laser 3. La lentille de foca-

lisation de lumière 17 concentre la lumière du faisceau la-

ser LB et elle est montée dans une position telle qu'elle dirige vers la pièce W le faisceau laser LB, ainsi qu'un

gaz auxiliaire tel que de l'oxygène. Par conséquent, la ma-

chine-outil à laser I qui est construite de la manière dé-

crite ci-dessus reçoit le faisceau laser LB provenant de l'oscillateur à laser 3 et elle est construite de façon à diriger le faisceau laser LB vers la pièce W, à travers la lentille de focalisation de lumière 17 qui est montée à

l'intérieur de la tête d'usinage 13.

Pour déplacer la pièce W à usiner et pour la fixer

dans une position correcte, la machine-outil à laser I com-

porte un premier chariot 19 qui peut se déplacer librement

en direction horizontale, et un second chariot 21 qui com-

porte un certain nombre de dispositifs de serrage 23 qui maintiennent en position la pièce W. Le premier chariot 19 est supporté d'une manière telle qu'il puisse se déplacer

au moyen d'une paire de rails, 25, qui sont montés parallè-

lement l'un à l'autre sur la partie supérieure du socle 5, et qu'il puisse s'approcher et s'éloigner de la zone dans laquelle l'usinage est effectué, directement au-dessous de la tête d'usinage 13, lorsqu'il est entraîné par une source d'énergie. Le second chariot 21 qui comporte les dispositifs de serrage 23 est supporté de façon à pouvoir glisser sur le premier chariot 19; il peut se déplacer horizontalement lorsqu'il est entraîné dans une direction perpendiculaire aux rails 25 précités. Par conséquent, la pièce W qui est

maintenue en place par les dispositifs de serrage 23 est dé-

placée sur la table 12 par le mouvement du premier chariot

19 et du second chariot 21, pour être amenée dans une posi-

tion située directement au-dessous de la tête d'usinage 23.

Dans la configuration décrite ci-dessus, en posi-

tionnant la pièce W immédiatement au-dessous de la tête

d'usinage 13 sur la table 11, au moyen du mouvement du pre-

mier chariot 19 et du second chariot 21, on peut usiner la pièce W avec le faisceau laser LB. Bien entendu, le faisceau

laser LB qui est produit par l'oscillateur à laser 3 est di-

rigé vers la tête d'usinage 13 et dirigé vers le bas par le dispositif à miroir 15, comme l'indique la flèche. Ensuite, après avoir été concentrée par la lentille de Localisation de lumière 17, la lumière est dirigée vers la pièce W en

compagnie d'un gaz auxiliaire tel que de l'oxygène.

En considérant maintenant les figures 2 à 5, on

note que l'oscillateur à laser 3 mentionné ci-dessus com-

prend un châssis de support 27 qui supporte l'ensemble de l'oscillateur, une section d'oscillation laser 29 qui est supportée sur le chassis de support 27, et une section de

réglage rapportée 31 qu'on utilise pour le réglage du sys-

tème optique de la machine-outil à laser 1 mentionnée pré-

cédemment, et pour le réglage des miroirs dans la section d'oscillation laser 29. Plus précisément, le châssis de support 27 précité est constitué par un certain nombre de

poutres en caisson de section rectangulaire. Des plates-

formes de support en forme de caisson, 33A et 33B, qui re-

posent sur les côtés droit et gauche de ce châssis de sup-

port 27, supportent à leur tour la section d'oscillation la-

ser 29 précitée. La section de réglage rapportée 31 précitée peut être montée sur la plate-forme de support 33A, du côté

de sortie de la section d'oscillation laser 29.

Comme la figure 5 le montre clairement, pour pro- téger l'ensemble de l'oscillateur à laser 3, un capot de

protection 35, qui recouvre l'ensemble de la section d'os-

cillation laser 29, de la section de réglage rapportée 31,

etc, est monté sur le châssis de support 27 précité. Un ca-

pot avant 35F et un capot arrière 35R du capot de protection sont fixés à un capot supérieur 35U par une charnière 37,

pour permettre l'ouverture et la fermeture, afin que le con-

trôle et la maintenance de la section d'oscillation laser 29,

de la section de réglage rapportée 31, etc, mentionnées pré-

cédemment, puissent être accomplis aisément. De plus, pour

refroidir l'intérieur du capot de protection 35, des échan-

geurs de chaleur auxiliaires 39 équipés de ventilateurs, sont montés à un certain nombre d'emplacements sur le capot avant 35F et le capot arrière 35R mentionnés précédemment et, en outre, des fenêtres transparentes 41 comportant des

carreaux en résine acrylique sont installées à des emplace-

ments appropriés. Par conséquent, l'air qui se trouve à l'intérieur du capot de protection 35 est toujours refroidi

et mis en circulation par les échangeurs de chaleur auxi-

liaires 39 et, en outre, on peut observer l'intérieur à

travers les fenêtres transparentes 41.

Comme le montre la figure 2, pour refroidir le gaz laser, qui consiste en un mélange de He, N2 et C02, et qui provient de la section d'oscillation laser 29 précitée, un échangeur de chaleur principal 43, relativement grand, est installé dans la partie centrale du châssis de support 27 précité. Cet échangeur de chaleur principal 43 comporte

des tuyaux courbés dans lesquels circule un fluide de re-

froidissement tel que de l'eau de refroidissement, et il

comporte également un grand nombre d'ailettes de refroidis-

sement, etc. Pour faciliter l'entretien de l'échangeur de chaleur 43 précité, une plaque de base 45 appartenant à l'échangeur de chaleur principal 43 est fixée au châssis de support 27 par l'intermédiaire d'un axe de charnière 47, de manière à pouvoir s'ouvrir et se fermer vers le bas. Les opérations de maintenance et de supervision de l'échangeur

de chaleur principal 43 peuvent donc être effectuées aisé-

ment.

La section d'oscillation laser 29 précitée compor-

te un certain nombre de tubes lasers 49A et 49B, disposés de façon mutuellement parallèle, dans lesquels la lumière d'excitation résonne et est amplifiée. Les tubes lasers 49A et 49B s'étendent vers la droite et vers la gauche; leurs

extrémités sont supportées par des plaques de support verti-

cales 51A et 51B qui sont elles-mêmes supportées par les plates-formes de support 33A et 33B précitées. Les plaques de support 51A et 51B précitées s'étendent vers l'avant et

vers l'arrière, dans des directions perpendiculaires à cel-

les dans lesquelles s'étendent les tubes lasers 49A et 49B; les plaques de support 51A et 51B sont réunies en un seul ensemble par un certain nombre de barres d'accouplement 53 qui sont installées au-dessus et au- dessous des plaques de

support 51A et 51B.

Pour faire face à la déformation thermique des plaques de support 51A et 51B, des barres d'accouplement

53, etc, qui est produite par des variations de la tempéra-

ture à l'intérieur du capot de protection 35 précité, les plaques de support 51A et 51B sont montées de manière à

pouvoir se déplacer légèrement par rapport aux plates-for-

mes de support 33A et 33B. Plus précisément, comme la fi-

gure 6 le montre le mieux, une vis de réglage 55 s'étendant vers le bas est vissée près d'une extrémité de la plaque de support 51A et est accouplée à la plate-forme de support 33A par l'intermédiaire d'un siège à surface sphérique 57 qui lui permet de tourner et de s'incliner légèrement. De plus, près de son autre extrémité, la plaque de support 51A

est accouplée à la plate-forme de support 33A par l'inter-

médiaire d'un guide 59 et d'un bloc glissant 61, de façon à pouvoir accepter la dilatation thermique de la plaque de support 51A dans sa direction longitudinale. Enfin, près de

son milieu, la plaque de support 5A est accouplée à la plate-

forme de support 33A par un boulon flexible mince 63. L'autre

plaque de support 51B est accouplée à la plate-forme de sup-

port 33B par l'intermédiaire d'un guide fixe 65 et d'un bloc glissant 67, comme le montre la figure 2, ce qui fait que la plaque de support 51B peut glisser le long de la plate-forme

de support 33B, dans la direction gauche-droite.

Avec la configuration décrite ci-dessus, si les barres d'accouplement 53 subissent une déformation thermique dans la direction longitudinale, la plaque de support 51B peut absorber ce mouvement en se déplaçant légèrement dans la même direction, tandis qu'une déformation thermique de la plaque de support 51A dans la direction longitudinale, une

faible rotation de l'ensemble du dispositif, etc, sont absor-

bées par un mouvement le long de la surface de pivotement

sphérique 57, par le guide 59, etc. Par conséquent, les pla-

ques de support 51A et 51B qui supportent les deux extrémités des tubes lasers 49A et 49B restent dans leurs positions précises, sans grand changement produit par une déformation

thermique.

En retournant aux figures 2 à 5, on note que pour alimenter en gaz laser les régions intérieures des tubes

lasers 49A et 49B, ces derniers sont raccordés à un disposi-

tif de circulation de gaz 69 et, de plus, pour refroidir le gaz laser qui est échauffé par des décharges électriques à l'intérieur des tubes lasers 49A et 49B, ces derniers sont reliés à l'échangeur de chaleur principal 43 précité. Plus précisément, le dispositif de circulation de gaz 69 reçoit le gaz laser qui a été refroidi dans l'échangeur de chaleur principal 43 et il le dirige vers les tubes lasers 49A et 1l 49B. La mise en circulation du gaz peut par exemple se faire au moyen d'une soufflante de Root, etc. Le dispositif de circulation 69 est supporté au sommet de l'échangeur de chaleur principal 43 par l'intermédiaire d'un ensemble d'éléments d'absorption des vibrations 71, en caoutchouc.

Sur la partie supérieure du dispositif de circula-

tion de gaz 69 précité, se trouve un échangeur de chaleur auxiliaire 73 destiné à évacuer la chaleur produite par le

dispositif de circulation de gaz 69 et à assurer un refroi-

dissement approprié du gaz laser qui est dirigé vers les tubes lasers 49A et 49B. L'échangeur de chaleur auxiliaire

73 pourrait par exemple être un échangeur de chaleur utili-

sant de l'eau de refroidissement, auquel cas il aurait une

forme en caisson. Un certain nombre de tuyaux de raccorde-

ment 75 sont montés verticalement sur sa surface supérieure,

et il existe des trous supplémentaires bouchés par des ob-

turateurs circulaires 77, pour permettre l'utilisation de tubes lasers supplémentaires. De plus, les bases des tuyaux de raccordement 79 sont raccordées horizontalement aux deux surfaces latérales de l'échangeur de chaleur auxiliaire 73,

et il existe des trous supplémentaires bouchés par des ob-

turateurs 81, de façon à permettre l'utilisation de tubes lasers supplémentaires. Les autres extrémités des tuyaux de raccordement 79 s'étendent presque jusqu'aux deux extrémités des tubes lasers 49A et 49B, o ils sont supportés, par l'intermédiaire d'éléments d'absorption des vibrations 83 en caoutchouc, par des blocs de support 85 qui sont montés

sur les plates-formes de support 33A et 33B mentionnées ci-

dessus. Par conséquent, les vibrations du dispositif de circulation de gaz 69 ne sont pas transmises au châssis de

support 27 ou aux plates-formes de support 33A et 33B.

Pour diriger vers les tubes lasers 49A et 49B le gaz laser qui est éjecté du dispositif de circulation de gaz 69 précité, les tuyaux de raccordement 75 précités sont

raccordés aux tubes lasers 49A et 49B près des parties mé-

dianes de ces derniers. Les extrémités des tuyaux de raccor-

dement 79 sont raccordées aux deux extrémités des tubes la-

sers 49A et 49B par l'intermédiaire de tuyaux de raccordement 87 montés verticalement. Pour décrire ceci de façon plus détaillée, on- peut diviser les tubes lasers 49A et 49B pré- cités en trois parties, à savoir des tubes centraux 89 et des tubes d'extrémités 91 et 93. Des tuyaux de raccordement sont raccordés aux tubes centraux 89, et les tuyaux de raccordement 79 sont raccordés aux tubes d'extrémités 91 et 93, par l'intermédiaire de joints 95 qui consistent en pièces

circulaires en caoutchouc aux silicones flexibles. Par con-

séquent, les vibrations du dispositif de circulation de gaz 69 ne sont pas transmises aux tubes lasers 49A et 49B, et les joints flexibles absorbent des petits décalages dans une direction quelconque des positions relatives des tuyaux de

raccordement 75 et 87 et des tubes lasers 49A et 49B.

Pour produire des décharges électriques dans les tubes lasers 49A et 49B, des paires d'électrodes positives et négatives sont montées en un certain nombre d'emplacements dans les tubes lasers 49A et 49B. Pour refroidir le gaz laser qui est échauffé par les décharges électriques dans les tubes lasers 49A et 49B, ces derniers sont raccordés à l'échangeur de chaleur 43 précité. Plus précisément, des anodes sont

incorporées dans les joints 95 précités, comme on l'explique-

ra ci-après. Des conduits de recyclage de gaz 97 sont formés entre les tubes centraux 89 et les tubes d'extrémités 91 et 93 des tubes lasers 49A et 49B, et les extrémités supérieures de ces conduits de recyclage ont une forme en T, tandis que leurs extrémités inférieures sont raccordées à l'échangeur de chaleur principal 43 par l'intermédiaire de soufflets, et ces conduits sont raccordés aux tubes centraux 89 et aux tubes d'extrémités 91 et 93 par l'intermédiaire de structures

d'électrodes 99. Par conséquent, le gaz laser que le dispo-

sitif de circulation 69 dirige vers les tubes lasers 49A et 49B par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur auxiliaire

73 retourne vers l'échangeur de chaleur principal 43 en pas-

sant par les conduits de recyclage de gaz 97, et après avoir été refroidi dans l'échangeur de chaleur principal 43, il

est dirigé vers le dispositif de circulation de gaz 69, re-

froidi à nouveau par l'échangeur de chaleur auxiliaire 73,

puis appliqué à nouveau aux tubes lasers 49A et 49B.

En considérant la figure7, on note que les extré-

mités des tubes d'extrémités 91 des tubes lasers 49A et 49B

sont supportées par la plaque de support 51A par l'intermé-

diaire de supports d'extrémités cylindriques 101. Près des extrémités se trouvent des saillies cylindriques 91P qui

font saillie vers le bas. Les joints 95 précités sont accou-

plés à ces saillies 91P. Des supports d'anodes cylindriques qui contiennent des anodes 103 en forme d'aiguilles sont insérés à l'intérieur de ces saillies 91P. Des tubes de protection électriquement isolants, 107, qui entourent les anodes 103, sont vissés dans.les supports d'anodes 105. Les extrémités supérieures des anodes 103 arrivent au niveau des extrémités supérieures des tubes de protection 107. Des rondelles élastiques annulaires 109 sont insérées au-dessus des extrémités supérieures des tuyaux de raccordement 87 qui sont introduites dans les joints 95 par le bas, d'une manière telle que les ressorts soient comprimés sur leurs côtés opposés par les saillies 91P et par les tuyaux de raccordement 87, à l'intérieur des joints 95. Des ressorts hélicoïdaux 111, conducteurs de l'électricité, sont montés entre ces rondelles élastiques 109 et les supports d'anodes 105.

La configuration décrite ci-dessus permet d'absor-

ber des déplacements relatifs entre le tube d'extrémité 91

et le tuyau de raccordement 87, et elle empêche que les vi-

brations du dispositif de circulation de gaz 69 ne soient

transmises aux tubes lasers 49A et 49B.

* Les tubes d'extrémités 93 des tubes lasers 49A et 49B sont supportés par la plaque de support 51B de la même manière que les tubes d'extrémités 91. De plus, du fait que la structure des raccordements correspondant aux joints est identique à la structure décrite ci-dessus, elle

n'est pas expliquée en détail ici.

Comme on le voit clairement en se référant à nou-

veau aux figures 2 à 5, les structures de cathodes 99 pré-

citées sont supportées par des plaques de support 113 qui sont ellesmêmes supportées par les barres d'accouplement 53 qui relient ensemble les plaques de support gauche et droite 51A et 51B. Il existe un certain nombre de trous de support 113H dans la plaque de support 113, pourpermettre une augmentation du nombre des tubes lasers, et le nombre de structures de cathodes qui sont insérées dans les trous de

support 115H est le nombre minimal nécessaire.

Comme la figure 8 le montre le mieux, les struc-

tures de cathodes 99 sont construites de façon à pouvoir enlever et remplacer très aisément des cathodes annulaires 115. Plus précisément, des deux c6tés de chaque cathode 115 se trouvent deux bagues de support, à savoir une première

bague de support 117 dans laquelle sont introduits les tu-

bes d'extrémités 91 des tubes lasers 49A et 49B, et une seconde bague de support 119, dans laquelle est introduite

l'extrémité supérieure du conduit de recyclage de gaz 97.

La cathode 115 et les deux bagues de support 117 et 119 sont bloquées ensemble au moyen d'un certain nombre de vis 121, de façon à réduire la résistance de contact. De plus, des bagues d'étanchéité 125 qui maintiennent des joints toriques 123 sont vissées par les vis 127 sur les côtés des deux bagues de support 117 et 119. On peut donc enlever et remplacer aisément la cathode 115 en enlevant les vis 127

et 121.

Comme on l'a déjà clairement indiqué, il existe à l'intérieur des tubes lasers 49A et 49B un certain nombre

d'emplacements auxquels des paires d'anodes 103 et de ca-

thodes 115 produisent des décharges électriques. Le gaz

laser qui est échauffé par les décharges électriques à l'in-

térieur des tubes lasers 49A et 49B est recyclé vers

l'échangeur de chaleur principal par les conduits de recy-

clage de gaz 97 précités. Les longueurs des conduits de re-

cyclage de gaz 97 sont approximativement égales, ce qui fait que le débit du gaz laser dans les tubes lasers 49A et 49B reste approximativement le même si on augmente le nombre de tubes lasers. De plus, pour neutraliser le gaz

laser qui a été ionisé par des décharges électriques à l'in-

térieur des tubes lasers 49A et 49B, on place un catalyseur approprié dans chaque conduit de recyclage de gaz 97. Plus précisément, il existe dans chaque conduit de recyclage de gaz 97 une partie élargie 129, et à l'intérieur de cette

partie élargie 129 se trouve un catalyseur en alumine acti-

vée, en forme de peigne, qui peut par exemple porter du platine.

Dans la configuration décrite ci-dessus, le cata-

lyseur qui se trouve dans chacun des conduits de recyclage de gaz 97 est chauffé par le gaz laser, ce qui augmente son efficacité. Le gaz laser qui traverse les parties élargies des conduits de recyclage de gaz 97 contenant le catalyseur est neutralisé par l'action du catalyseur, et il retourne ensuite vers l'échangeur de chaleur principal 43 sous la

forme d'un gaz neutre. Par conséquent, on supprime les dé-

charges électriques inutiles qui auraient par ailleurs ten-

dance à se produire entre les cathodes 115 et l'échangeur

de chaleur principal 43, ce qui augmente le rendement d'en-

semble de l'oscillateur.

Pour produire une résonance et une amplification de la lumière produite par des décharges électriques à l'intérieur des tubes lasers 49A et 49B précités, il existe une structure de miroir de sortie 131 et une structure de miroir arrière 135, et la structure de miroir de sortie 131 qui contient un miroir de sortie est montée à une extrémité du tube laser 49A, tandis que la structure de miroir arrière contenant un capteur de détection de puissance de sortie approprié, 133, et comportant un miroir réfléchissant, est montée à la même extrémité du tube laser 49B. Des structures opposées de miroir de changement de direction, 137, qui changent de 90 la direction des chemins de la lumière d'excitation, sont établies aux autres extrémités des tubes lasers 49A et 49B. La structure de miroir de sortie 131 et

la structure de miroir arrière 135 sont montées sur la pla-

que de support 51A par l'intermédiaire de soufflets, de fa-

çon qu'on puisse régler librement leur orientation, tandis que chaque structure de miroir de changement de direction

137 est montée sur la plaque de support 51B par l'intermé-

diaire d'un soufflet de façon qu'on puisse régler librement

son orientation, et les deux structures de miroir de chan-

gement de direction sont mutuellement reliées par un souf-

flet. En retournant à la figure 7, on note qu'une bride

appropriée 131F est montée sur la structure de miroir 131.

Il existe un certain nombre de vis de réglage 139 qui tra-

versent cette bride 131F, et il existe également un certain nombre de vis de réglage 141 qui traversent la plaque de support 51A, et des ressorts de traction 143 sont étirés

entre chaque paire de vis de réglage. De plus, des micromè-

tres 145 sont montés à un certain nombre d'emplacements sur

la bride 131F précitée; chaque palpeur 145S de chaque mi-

cromètre 145 porte contre un bloc 147 qui est vissé sur la

plaque de support 51A.

Par conséquent, du fait que la structure de miroir

de sortie 131 est toujours sollicitée vers la plaque de sup-

port 51A par les ressorts de traction 143, avec chaque pal-

peur 145S de chaque micromètre 145 portant contre le bloc

147, en réglant chaque micromètre 145 à une position appro-

priée, on peut régler l'orientation de la structure de mi-

roir de sortie 131, et il est également possible d'effectuer

un réglage fin du miroir monté à l'intérieur.

La structure de miroir arrière 135 et les structu-

res de miroir de changement de direction 137 précitées sont respectivement montées sur les plaques de support 51 et 51B, avec des configurations identiques à celle de la structure de miroir de sortie 131. Les positions de montage sont inter-

changeables, ce qui fait que si on augmente le nombre de tu-

bes lasers, on peut changer librement les positions auxquel-

les les structures de miroir sont montées, de la manière né-

cessaire pour effectuer le réglage approprié au nombre accru

de tubes lasers.

En considérant à nouveau les figures 2 à 4, on note que la section rapportée 31 mentionnée précédemment comprend un oscillateur à laser hélium-néon 149, un dispositif à prisme 151, un obturateur de faisceau 153, etc. On utilise l'oscillateur à laser hélium-néon 149 dans le réglage des

miroirs de la structure de miroir de sortie 131, de la struc-

ture de miroir arrière 135 et des structures de miroir de changement de direction 137, considérées précédemment, dans la section d'oscillation laser 29, et dans le réglage du système optique dans la machine-outil à laser I considérée

précédemment. Comme le montre clairement la figure 2, l'os-

cillateur à laser hélium-néon 149 est monté verticalement

sur un support 155 qui est monté sur la plate-forme de sup-

port 33A. Le dispositif à prisme 151 a pour fonction de ré-

fracter sélectivement le faisceau laser provenant de l'os-

cillateur à laser hélium-néon 149 vers l'un ou l'autre des tubes lasers 49A et 49B dans la section d'oscillation laser

29 précitée, ou vers la machine-outil à laser 1. Dans l'exem-

ple particulier qui est représenté ici, ce dispositif est monté de façon mobile par rapport au point d'intersection du faisceau laser provenant de l'oscillateur à laser hélium-néon

149 et du faisceau laser LB provenant de la section d'oscil-

lation laser 29. L'obturateur de faisceau 153 précité peut bloquer le faisceau laser LB provenant de la structure de miroir de sortie 131 dans la section d'oscillation laser 29; il peut être amené librement dans le chemin du faisceau laser

LB, entre la structure de miroir de sortie 131 et le disposi-

tif à prisme 151, et hors de ce chemin.

Comme il ressort clairement de l'explication qui précède, du fait que dans l'invention les longueurs des con- duits de recyclage partant des différents tubes lasers qui sont disposés en parallèle les uns par rapport aux autres, sont approximativement égales, les débits du gaz laser dans

chaque tube laser sont approximativement égaux, et l'augmen-

tation de température du gaz laser dans chaque tube laser

peut être maintenue pratiquement uniforme. On peut donc obte-

nir une puissance de sortie laser stable.

De plus, du fait que chaque conduit de recyclage de gaz contient un catalyseur destiné à neutraliser le gaz laser qui a été ionisé par des décharges électriques, le gaz laser qui est recyclé vers l'échangeur de chaleur principal est neutre, et on peut maintenir une bonne utilisation de la

puissance d'entrée sans pertes dues à des décharges électri-

ques entre les cathodes et l'échangeur de chaleur principal.

De plus, comme on l'a expliqué précédemment, l'in-

vention permet d'enlever et de remplacer très aisément les cathodes, et les plaques de support et d'autres éléments de support qui supportent les tubes lasers peuvent se déplacer librement pour compenser la dilatation et la contraction thermiques. De plus, les vibrations de blocs, etc, ne sont pas transmises aux tubes lasers, ce qui permet de maintenir

une précision élevée.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Oscillateur à laser à gaz du type à circulation

axiale rapide, caractérisé en ce qu'il comprend: un échan-

geur de chaleur principal (43) destiné à refroidir le gaz laser, des moyens de circulation de gaz (69) montés sur

l'échangeur de chaleur principal (43) et reliés à l'échan-

geur de chaleur principal (43), un ensemble de tubes lasers

(49A, 49B) disposés parallèlement les uns aux autres au-

dessus des moyens de circulation de gaz (69) et reliés aux

moyens de circulation de gaz (69), et un ensemble de con-

duits de recyclage de gaz (97) destinés à relier l'ensemble

de tubes lasers (49A, 49B) à l'échangeur de chaleur princi-

pal (43), et les conduits de cet ensemble de conduits de

recyclage de gaz (97) ont pratiquement la même longueur.

2. Oscillateur à laser à gaz du type à circulation axiale, caractérisé en ce qu'il comprend: un échangeur de chaleur principal (43) destiné à refroidir le gaz laser, des moyens de circulation de gaz (69) montés sur l'échangeur de chaleur principal (43) et reliés à l'échangeur de chaleur

principal (43), un ensemble de tubes lasers (49A, 49B) dis-

posés parallèlement les uns aux autres au-dessus des moyens

de circulation de gaz (69) et reliés aux moyens de circula-

tion de gaz (69), un ensemble de conduits de recyclage de gaz (97) destinés à relier l'ensemble de tubes lasers (49A,

49B) à l'échangeur de chaleur principal (43), et un cataly-

seur placé au milieu des conduits de recyclage de gaz (97), pour neutraliser le gaz ionisé provenant des tubes lasers

(49A, 49B).

3. Oscillateur à laser à gaz du type à circulation axiale rapide selon la revendication 2, caractérisé en ce

que les conduits de recyclage de gaz (97) ont approximative-

ment la même longueur.

4. Oscillateur à laser à gaz du type à circulation

axiale rapide, caractérisé en ce qu'il comprend: un échan-

geur de chaleur principal (43) destiné à refroidir le gaz

laser, un ensemble de tubes lasers (49A, 49B) disposés pa-

rallèlement les uns aux autres et reliés à l'échangeur de chaleur principal (43), des moyens de circulation de gaz (69) reliés à l'échangeur de chaleur principal (43) et à l'ensemble de tubes lasers (49A, 49B), de façon à faire cir- culer le gaz laser, et des joints (95) en matière flexible qui sont utilisés au moins pour les raccordements entre les moyens de circulation de gaz (69) et chaque tube laser (49A, 49B).

5. Oscillateur à laser à gaz du type à circulation

axiale rapide, caractérisé en ce qu'il comprend: un ensem-

ble de tubes lasers (49A, 49B) disposés parallèlement les

uns aux autres, un échangeur de chaleur (43) destiné à re-

froidir le gaz laser qui provient de l'ensemble de tubes lasers (49A, 49B) , des moyens de circulation de gaz (69) destinés à faire circuler le gaz laser de l'échangeur de

chaleur (43) vers chaque tube laser (49A, 49B), et un sup-

port de tube laser (51A, 51B) destiné à supporter chacun des tubes lasers (49A, 49B) d'une manière qui permet à chaque tube de se déplacer légèrement en correspondance avec la dilatation et la contraction de chaque support de tube laser

(51A, 51B).

6. Oscillateur à laser à gaz du type à circulation

axiale rapide, caractérisé en ce qu'il comprend: un échan-

geur de chaleur (43) destiné à refroidir le gaz laser prove-

nant de tubes lasers, des moyens de circulation de gaz (69) destinés à faire circuler le gaz laser de l'échangeur de

chaleur (43) vers les tubes lasers (49A, 49B), des électro-

des (115) disposées avec des configurations annulaires au-

tour des tubes lasers, et une paire de supports d'électrodes (117, 119) qui sont supportés par les tubes lasers (49A, 49B) de façon à serrer et à fixer les électrodes (115) en

place entre eux, de manière amovible.