FR2589639A1 - GAS LASER APPARATUS - Google Patents
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Abstract
LE LASER A GAZ COMPREND PLUSIEURS TUBES A DECHARGE A GAZ 3, 4, 5, 6 DISPOSES DE MANIERE A FORMER UNE CAVITE OPTIQUE SINEUSE. CHAQUE TUBE A DECHARGE COMPORTE AU MOINS DEUX ORIFICES D'ECOULEMENT DE GAZ QUI LUI SONT ASSOCIES ET A TRAVERS LESQUELS UN MILIEU GAZEUX ACTIF PEUT S'ECOULER DANS LE TUBE A DECHARGE. UNE STRUCTURE DE SUPPORTAGE EST PREVUE POUR SUPPORTER LES TUBES A DECHARGE ET COMPORTE AU MOINS UN ELEMENT SUPPORT CREUX 1, 2 RELIE A UN ORIFICE D'ECOULEMENT DE GAZ DE CHAQUE TUBE A DECHARGE. UN ECHANGEUR DE CHALEUR 15 EST PREVU POUR EVACUER LA CHALEUR DU GAZ SORTANT DES TUBES A DECHARGE, ET UNE POMPE 14 FAIT CIRCULER LE GAZ AUTOUR D'UN CERTAIN NOMBRE DE CIRCUITS PARALLELES COMPRENANT CHACUN UN TUBE A DECHARGE A GAZ, LES ELEMENTS SUPPORTS CREUX 1, 2 ET L'ECHANGEUR DE CHALEUR 15. UNE PAIRE D'ELECTRODES 7, 8 EST ASSOCIEE A CHAQUE TUBE A DECHARGE POUR PRODUIRE UNE DECHARGE ELECTRIQUE DANS LE GAZ S'ECOULANT DANS LE TUBE.THE GAS LASER CONSISTS OF SEVERAL GAS DISCHARGE TUBES 3, 4, 5, 6 ARRANGED TO FORM A SINE OPTICAL CAVITY. EACH DISCHARGE TUBE CONTAINS AT LEAST TWO GAS FLOW OPENINGS WHICH ARE ASSOCIATED WITH IT AND THROUGH WHICH AN ACTIVE GASEOUS MEDIUM CAN FLOW INTO THE DISCHARGE TUBE. A SUPPORT STRUCTURE IS PROVIDED TO SUPPORT THE DISCHARGE TUBES AND INCLUDES AT LEAST ONE HOLLOW SUPPORT ELEMENT 1, 2 CONNECTED TO A GAS FLOW PORT OF EACH DISCHARGE TUBE. A HEAT EXCHANGER 15 IS PROVIDED TO EVACUATE THE HEAT OF THE GAS EXHAUSTING THE DISCHARGE TUBES, AND A PUMP 14 CIRCULATES THE GAS AROUND A NUMBER OF PARALLEL CIRCUITS EACH INCLUDING A GAS DISCHARGE TUBE, THE PITCHES 1 , 2 AND THE HEAT EXCHANGER 15. A PAIR OF ELECTRODES 7, 8 IS ASSOCIATED WITH EACH DISCHARGE TUBE TO GENERATE ELECTRICAL DISCHARGE IN THE GAS FLOWING THROUGH THE TUBE.
Description
i La présente invention concerne un appareil laser à gaz du type connuThe present invention relates to a gas laser apparatus of the known type.
sous le nom de lasers à écoulement axial rapide. Ce sont des lasers à gaz dans lesquels la chaleur provenant du fonctionnement du laser est évacuée par circulation du gaz sans qu'il soit nécessaire de refroidir le tube à décharge laser lui-mme. Les lasers à écoulement axial rapide sont souvent des lasers à trajet sinueux, c'est-à-dire que la cavité optique du laser sinue dans un certain nombre de parties comprenant chacune un ou plusieurs tubes à décharge à gaz. Il est par conséquent nécessaire de prévoir non seulement un support mécanique pour les tubes à décharge à gaz, mais également des dispositions pour faire entrer le gaz dans le tube et le faire sortir du tube à décharge à gaz. Si le laser a une puissance débitée élevée, il n'est pas possible de faire simplement circuler le gaz dans chaque tube à décharge en série, et il existe par conséquent un certain nombre de circuits de circulation de gaz parallèles. Tout ceci participe à rendre compliquée la structure du laser et donc à augmenter under the name of fast axial flow lasers. These are gas lasers in which the heat coming from the operation of the laser is dissipated by circulation of the gas without it being necessary to cool the laser discharge tube itself. Fast axial flow lasers are often winding lasers, that is to say that the optical cavity of the laser sinuses in a number of parts each comprising one or more gas discharge tubes. It is therefore necessary to provide not only a mechanical support for the gas discharge tubes, but also arrangements for bringing the gas into the tube and out of the gas discharge tube. If the laser has a high output power, it is not possible to simply circulate the gas in each discharge tube in series, and therefore there are a number of parallel gas circulation circuits. All this contributes to making the structure of the laser complicated and therefore to increasing
le prix de ce dernier.the price of the latter.
Un but de la présente invention est de réaliser un An object of the present invention is to provide a
appareil laser à gaz du type auquel il est fait référence ci- gas laser device of the type referred to below
dessus et de construction relativement simple. above and of relatively simple construction.
Selon la présente invention, on réalise un appareil laser à gaz qui comprend plusieurs tubes à décharge à gaz disposés de manière à former une cavité optique sinueuse, chaque tube à décharge comportant au moins deux orifices d'écoulement de gaz qui lui sont associés et à travers lesquels un milieu gazeux actif pour laser peut s'écouler pour entrer dans le tube et sortir du tube, une structure de support disposée pour supporter les tubes à décharge à gaz et comportant au moins un élément support creux relié à un orifice d'écoulement de gaz de chaque tube à décharge à gaz, un échangeur de chaleur utilisable pour évacuer la chaleur du gaz s'écoulant à la sortie de chaque tube à décharge a gaz, des moyens de pompage pour faire circuler le gaz autour d'un certain nombre de circuits parallèles comprenant chacun au moins une partie d'un tube à décharge à gaz, l'élément support creux et l'échangeur de chaleur, et une paire d'électrodes associées à chaque tube à décharge à gaz afin de produire une décharge électrique à travers le gaz s'écoulant dans le tube. On va maintenant décrire l'invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un dessin schématique illustrant les principales caractéristiques d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est un dessin semblable d'un second mode de réalisation, - la figure 3 est une vue de face en élévation représentant les principales caractéristiques d'un laser selon l'invention, - la figure 4 est une vue le long de la ligne IV-IV de la figure 3, et - la figure 5 représente les principales caractéristiques de l'écoulement de gaz dans le laser de la According to the present invention, a gas laser apparatus is produced which comprises several gas discharge tubes arranged so as to form a sinuous optical cavity, each discharge tube comprising at least two gas flow orifices associated with it and through which an active gaseous medium for laser can flow to enter the tube and exit from the tube, a support structure arranged to support the gas discharge tubes and comprising at least one hollow support element connected to a flow orifice of gas from each gas discharge tube, a heat exchanger usable for removing heat from the gas flowing at the outlet of each gas discharge tube, pumping means for circulating the gas around a number parallel circuits each comprising at least a portion of a gas discharge tube, the hollow support member and the heat exchanger, and a pair of electrodes associated with each gas discharge tube to produce an electric discharge through the gas flowing in the tube. We will now describe the invention with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic drawing illustrating the main features of a first embodiment of the invention, - Figure 2 is a similar drawing of a second embodiment, - FIG. 3 is a front elevation view representing the main characteristics of a laser according to the invention, - FIG. 4 is a view along the line IV-IV of FIG. 3, and - Figure 5 shows the main characteristics of the gas flow in the laser of the
figure 3.figure 3.
La figure 1 montre deux éléments supports tubulaires verticaux 1 et 2 et, supportes entre ces derniers, quatre tubes à décharge à gaz 3, 4, 5 et 6. Chacun des tubes à décharge à gaz comporte une électrode anode 7 vers l'une de ses extrémités et une électrode cathode 8 vers l'autre extrémité. Deux miroirs d'extrémité 9 et 10 sont supportés par l'élément 1 à une extrémité de chacun des tubes à décharge à gaz 3 et 6. Un miroir intermédiaire 11 est supporté par l'élément I à une extrémité de chacun des tubes à décharge à gaz 4 et 5. L'élément support 2 porte deux autres miroirs intermédiaires 12 et 13, le miroir 12 se trouvant à une extrémité des tubes à décharge 3 et 4 et le miroir 13 se trouvant à une extrémité des tubes à décharge 5 et 6. L'un des miroirs d'extrémité, par exemple le miroir 10, est fabriqué de manière à laisser passer partiellement le rayonnement, les autres miroirs étant entièrement réfléchissants. Les miroirs sont positionnés de manière à former une cavité optique sinueuse entre les deux miroirs d'extrémité 9 et 10 afin de FIG. 1 shows two vertical tubular support elements 1 and 2 and, supported between them, four gas discharge tubes 3, 4, 5 and 6. Each of the gas discharge tubes has an anode electrode 7 towards one of its ends and a cathode electrode 8 towards the other end. Two end mirrors 9 and 10 are supported by element 1 at one end of each of the gas discharge tubes 3 and 6. An intermediate mirror 11 is supported by element I at one end of each of the discharge tubes gas 4 and 5. The support element 2 carries two other intermediate mirrors 12 and 13, the mirror 12 being at one end of the discharge tubes 3 and 4 and the mirror 13 being at one end of the discharge tubes 5 and 6. One of the end mirrors, for example the mirror 10, is manufactured so as to allow the radiation to pass partially, the other mirrors being entirely reflecting. The mirrors are positioned so as to form a sinuous optical cavity between the two end mirrors 9 and 10 in order to
permettre le fonctionnement du laser dans cette cavité. allow the operation of the laser in this cavity.
Un milieu gazeux actif, tel qu'un mélange de dioxyde de carbone, d'hélium et d'azote est prévu, et on le fait circuler à travers les tubes à décharge à gaz 3, 4, 5 et 6 au moyen d'une pompe de circulation 14 d'un type convenable. Le gaz provenant de la pompe passe à l'intérieur de l'élément support creux 1 et de là dans chacun des quatre tubes à décharge. Après passage dans les tubes à décharge, le gaz pénètre dans l'autre élément support creux et traverse un échangeur de chaleur 15 puis revient à la pompe. Il est nécessaire de prévoir des moyens d'alimentation en gaz d'un type ou d'un autre, qui ne sont pas représentés dans un but de simplicité. L'alimentation en gaz peut tre assurée à partir de bouteilles contenant les trois gaz, le gaz étant introduit dans le système par des vannes de régulation appropriées. Le gaz passe à partir de l'élément support 1 le long de quatre circuits parallèles avant d'atteindre l'élément support 2 et An active gaseous medium, such as a mixture of carbon dioxide, helium and nitrogen is provided, and is circulated through the gas discharge tubes 3, 4, 5 and 6 by means of a circulation pump 14 of a suitable type. The gas from the pump passes inside the hollow support member 1 and from there into each of the four discharge tubes. After passing through the discharge tubes, the gas enters the other hollow support element and passes through a heat exchanger 15 then returns to the pump. It is necessary to provide gas supply means of one type or another, which are not shown for the sake of simplicity. The gas can be supplied from bottles containing the three gases, the gas being introduced into the system by appropriate control valves. The gas passes from the support element 1 along four parallel circuits before reaching the support element 2 and
de revenir à un circuit commun de circulation. to return to a common circulation circuit.
La disposition qui vient d'tre décrite peut Itre bien sGr modifiée de bien des manières. Il est par exemple possible de faire passer le gaz dans les tubes à décharge au travers de raccords ou orifices au centre de chaque tube, et de permettre au gaz de s'écouler vers l'extérieur le long de chaque tube vers les extrémités de celui-ci, o il s'écoule à l'intérieur des deux éléments supports 1 et 2. La figure 2 The arrangement which has just been described can of course be modified in many ways. It is for example possible to pass the gas in the discharge tubes through fittings or orifices in the center of each tube, and to allow the gas to flow outwards along each tube towards the ends of that -ci, o it flows inside the two support elements 1 and 2. Figure 2
montre une telle disposition, toujours de manière schématique. shows such an arrangement, always schematically.
Dans ce cas, on peut prévoir deux échangeurs de chaleur 15 séparés, reliés chacun à l'un des éléments supports 1 et 2. On peut utiliser une seule pompe 14 comme dans le cas de la figure 1, ou munir chaque circuit parallèle d'une pompe 14 séparée. Un répartiteur 16 alimente le gaz vers le centre de chaque tube et peut également intervenir comme élément support In this case, two separate heat exchangers 15 can be provided, each connected to one of the support elements 1 and 2. It is possible to use a single pump 14 as in the case of FIG. 1, or to provide each parallel circuit with a separate pump 14. A distributor 16 supplies the gas to the center of each tube and can also act as a support element
supplémentaire.additional.
On a l'habitude d'avoir dans chaque tube la décharge dans le gaz qui s'effectue depuis l'anode vers la cathode dans le sens de l'écoulement du gaz. Dans le mode de réalisation de la figure 2, par conséquent, chacun des tubes & décharge 3, 4, et 6 comporte deux anodes 7 et deux cathodes 8, de manière & former deux zones de décharge dans chaque tube. Ceci augmente We are used to having in each tube the gas discharge which takes place from the anode to the cathode in the direction of gas flow. In the embodiment of Figure 2, therefore, each of the discharge tubes 3, 4, and 6 has two anodes 7 and two cathodes 8, so as to form two discharge zones in each tube. This increases
la puissance débitée maximale du laser. the maximum power output of the laser.
Les figures 3, 4 et 5 montrent les caractéristiques Figures 3, 4 and 5 show the characteristics
principales d'une forme pratique de laser suivant l'invention. principal of a practical form of laser according to the invention.
La figure 3 montre le laser complet, qui est un laser à trajet Figure 3 shows the full laser, which is a path laser
sinueux comportant cinq tubes & décharge 31, 32, 33, 34 et 35. sinuous comprising five tubes & discharge 31, 32, 33, 34 and 35.
Chacun de ceux-ci est supporté par deux éléments supports Each of these is supported by two support elements
verticaux creux 36 et 37 qui sont reliés par un élément - hollow verticals 36 and 37 which are connected by an element -
horizontal creux 38 de manière à former une structure creuse en forme de H. Cette structure constitue le support principal horizontal hollow 38 so as to form a hollow H-shaped structure. This structure constitutes the main support
du laser et repose sur une plaque de base 39. of the laser and rests on a base plate 39.
Chacun des tubes à décharge laser comprend deux pièces en forme de T 40 qui fournissent les orifices de sortie de l'écoulement de gaz venant du tube à décharge dans l'un ou l'autre des éléments supports 36 et 37. De chaque côté de chaque pièce en forme de T 40 se trouve une électrode cathode 42 et il existe donc quatre électrodes cathodes dans chacun Each of the laser discharge tubes comprises two T-shaped parts 40 which provide the outlets for the flow of gas coming from the discharge tube into one or other of the support elements 36 and 37. On each side of each T-shaped part 40 has a cathode electrode 42 and therefore there are four cathode electrodes in each
des tubes à décharge 31 à 35.discharge tubes 31 to 35.
Chacun des tubes laser à décharge est aussi muni de quatre orifices d'entrée de gaz 43, qui sont en partie cachés sur la figure 3, et un raccord pour écoulement de gaz est fixé à chacun de ces orifices. Chaque raccord pour écoulement de gaz contient une électrode anode, située hors de l'axe du Each of the discharge laser tubes is also provided with four gas inlet ports 43, which are partially concealed in Figure 3, and a gas flow connection is attached to each of these ports. Each gas flow fitting contains an anode electrode, located off the axis of the
tube à décharge lui-même et non visible sur le dessin. discharge tube itself and not visible in the drawing.
L'extrémité de chaque tube à décharge est fixée & un assemblage 44 qui porte les miroirs d'extrémité 45 et les miroirs intermédiaires 46 qui forment la cavité optique sinueuse. Le miroir d'extrémité supérieur 45 forme la fenêtre de sortie du laser. Les assemblages 44 sont supportés par l'élément support en forme de H au moyen d'éléments de ch&ssis 47, et peuvent Vtre raidis par des entretoises ou des traverses (non représentées). La figure 4 montre également The end of each discharge tube is fixed to an assembly 44 which carries the end mirrors 45 and the intermediate mirrors 46 which form the sinuous optical cavity. The upper end mirror 45 forms the laser exit window. The assemblies 44 are supported by the H-shaped support element by means of chassis elements 47, and can be stiffened by spacers or crosspieces (not shown). Figure 4 also shows
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divers éléments du système de circulation du gaz, c'est-à-dire les ventilateurs ROOTS de circulation 43, ies gaines d'alimentation en gaz 49 et ZG et Ies rcpmrtiteurs 51. Ceci various elements of the gas circulation system, that is to say the ROOTS circulation fans 43, the gas supply ducts 49 and ZG and the valves 51. This
sera décrit avec plus de détail ci-dessous. will be described in more detail below.
La figure 4 représente une vue de cSté en élivation des principales caractêristiques du laser de la figure 3. Un élément support vertical 36 est visible, reposant sur la FIG. 4 represents a side view in elivation of the main characteristics of the laser of FIG. 3. A vertical support element 36 is visible, resting on the
plaque de base Z9 et supportant iassemblage d'e;trémitC 44. base plate Z9 and supporting th e assembly; hopper C 44.
Le ventilateur ROOTS 48 est relié à l7élment support 36 par le gainage 52 ot à la ga!nm d7' &ia! Min 2P La figure 5 montre avec plus @r dtail le r( eau de circulation du gaz, sanc les btub déG charge e les ôrl!oe associés. Les orifices d'écoulement de gaz 41 dans les éléments supports 36 et 37 sont représentés, de même que lez ventilateurs ROOTS 48, les gaines d'alimentation 49 et 50 et les répartiteurs 51. La figure 5 montre comment chacun des répartiteurs 51 est relié à chaque orifice d'entrée de gaz 43 The ROOTS fan 48 is connected to the support element 36 by the sheathing 52 and to the ga! Nm d7 '& ia! Min 2P Figure 5 shows in more detail @r the r (gas circulation water, on the discharged btub and associated ôrl! Oe. The gas flow orifices 41 in the support elements 36 and 37 are shown, as well as the ROOTS fans 48, the supply ducts 49 and 50 and the distributors 51. FIG. 5 shows how each of the distributors 51 is connected to each gas inlet port 43
des tubes à décharge par un raccord pour écoulement de gaz 53. discharge tubes through a gas flow fitting 53.
Ces raccords pour écoulement de gaz seront probablement des These gas flow fittings will likely be
tuyaux flexibles.flexible hoses.
Le réseau complet de circulation du gaz est donc im suivant: le gaz pénètre dans chaque tube & décharge tasmcr L travers quatre oriFicc-5 dentrmé de gaz 43 et s3'coUem t 2co du tube ver7,!a Eas -udn a _ce:te e de sortie de zaz 4, L& i7 nr7v chmu e m t sc S' a l'intérieur des deux !eçz' ^upprt mrticau 36 et 37z et de là, à travers 1l Daine 52, verz r-un ou a2eutrm do cu-n, ventilateurs ROOTS 48. Sortant des ventilateurs, gaz passe dans la gaine 49 puis s'écoule à travers lesI dux tubes 53 vers les répartiteurs d'entrse 51 et revient aux tubes & The complete gas circulation network is therefore im following: the gas enters each tube & discharge tasmcr L through four oriFicc-5 gas inlet 43 and s3'coUem t 2co of the tube ver7,! A Eas -udn a _ce: te e exit zaz 4, L & i7 nr7v chmu emt sc S 'inside the two! eçz' ^ upprt mrticau 36 and 37z and from there, through 1l Daine 52, see r-un or a2eutrm do cu-n , ROOTS fans 48. Leaving the fans, gas passes through the duct 49 then flows through the two tubes 53 towards the inlet distributors 51 and returns to the tubes &
décharge laser.laser discharge.
Comme déjà mentionné, il est nécessaire d'évacuer du gaz la chaleur excédentaire alors que le gaz circule. Chacun des éléments supports verticaux 36 et 37 contient donc un échangeur de chaleur qui se présente sous la forme d'un ensemble de tubes transportant de l'eau ou un autre fluide convenable. Les échangeurs de chaleur dont les contours sont représentés sous le repère 54 sur la figure 4, s'étendent sur la majeure partie de la longueur des éléments supports 36 et 37. Si un ventilateur tombe en panne ou doit être arrfté pour une raison ou une autre, il est encore possible de faire circuler le gaz à travers l'élément horizontal creux 38 qui As already mentioned, it is necessary to remove excess heat from the gas while the gas is circulating. Each of the vertical support elements 36 and 37 therefore contains a heat exchanger which is in the form of a set of tubes transporting water or another suitable fluid. The heat exchangers, the contours of which are shown under the reference 54 in FIG. 4, extend over most of the length of the support elements 36 and 37. If a fan breaks down or must be stopped for some reason other, it is still possible to circulate the gas through the hollow horizontal element 38 which
fait communiquer les deux éléments supports 36 et 37. makes the two support elements 36 and 37 communicate.
Lors du fonctionnement, on fait donc circuler le gaz le long du circuit décrit en détail ci-dessus, le gaz passant dans les cinq tubes à décharge à gaz en parallèle. Chaque tube à décharge comporte quatre zones à décharge 'séparées, situées entre chacune des anodes et une cathode adjacente, et l'écoulement de gaz se fait toujours dans le sens allant d'une During operation, the gas is therefore circulated along the circuit described in detail above, the gas passing through the five gas discharge tubes in parallel. Each discharge tube has four separate discharge zones, located between each of the anodes and an adjacent cathode, and the gas flow is always in the direction from one
anode vers une cathode.anode to a cathode.
Le laser décrit ci-dessus est construit autour d'une structure de support simple qui sert également comme partie du circuit de circulation du gaz et abrite d'une manière commode les échangeurs de chaleur. On peut modifier plusieurs The laser described above is built around a simple support structure which also serves as part of the gas circulation circuit and conveniently houses the heat exchangers. You can modify several
des éléments décrits sans sortir du domaine de l'invention. elements described without departing from the scope of the invention.
Par exemple, on peut simplifier considérablement la construction et la disposition de chaque tube à décharge. De même, les échangeurs de chaleur peuvent Utre réalisés comme des unités séparées à l'extérieur des éléments supports 36 et 37. On peut utiliser des pompes à gaz autres que des ventilateurs ROOTS, bien que. étant donné les niveaux de débit de gaz habituellement nécessaires, il est conseillé d'utiliser une forme ou une autre de pompe à déplacement positif. Les constructions plus simples des figures 1 et 2 peuvent itre utilisées pour les lasers les plus simples et de basse puissance._ For example, the construction and arrangement of each discharge tube can be considerably simplified. Likewise, the heat exchangers can be produced as separate units outside the support elements 36 and 37. Gas pumps other than ROOTS fans can be used, however. given the gas flow levels usually required, it is recommended that some form of positive displacement pump be used. The simpler constructions in Figures 1 and 2 can be used for the simplest, low-power lasers.
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Title |
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 9, no. 189 (E-333)[1912], 6 août 1985; & JP-A-60 57 986 (HITACHI SEISAKUSHO K.K.) 03-04-1985 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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IT8648603A0 (en) | 1986-10-30 |
GB8526988D0 (en) | 1985-12-04 |
DE3637376A1 (en) | 1987-05-14 |
GB2182483A (en) | 1987-05-13 |
IT1199284B (en) | 1988-12-30 |
JPS62165382A (en) | 1987-07-21 |
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