FR2903923A1 - Systeme laser a noyau focal pour le travail thermique tel que le coupage, le percage, le soudage, le marquage et le traitement de surface de corps solide comme du metal. - Google Patents

Abstract

Système faisceau laser(1) - "lentille"(2), le faisceau laser(1) arrivant en incidence normale sur la "lentille"(2) pour qu'en émerge le faisceau focalisé(3) convergeant en le point focal effectif F situé à la distance focale effective f'=OF. Ledit système est caractérisé par la valeur de son paramètre de structure bo = pi·(thetao)2/lambda ( radian /cm) ou par sa limite nucléaire focale Lo (cm) définie par la relation : bo.Lo =1,4 radian, où thetao = Do /2f, Do (cm) étant le diamètre extérieur commun aux faisceaux (1) et (3) et lambda (cm) la longueur d'onde.Le système à noyau focal consiste en ce que, pour toute épaisseur donnée L, le système faisceau (1) - "lentille" (2) soit caractérisé par une limite nucléaire focale Lo de valeur au moins égale à L et que tout le travai thermiqu par l'impact du faisceau focalisé (3), que ce soit en découpé ou en traitement de surface, s'effectue intégralement dans la couche d'espace P1P2 d'épaisseur L du champs focal (4) contenant F situé à mi-épaisseur. P1P2 est le noyau focal. L'incapacité du système laser classique à couper des plaques épaisses ( l'épaisseur maximale d'INOX coupé est de 2,5 cm ) résulte directement du concept de tâche focale réduite inconditionnelle caractérisée par une valeur de Lo qui ne dépasse guère 0,2 centimètre.

Description

1 La présente invention concerne un sous-ensemble de systèmes

faisceau(1)-"lentille (2), chacun desdits systèmes étant constitué d'un faisceau laser (1) et d'une "lentille"(2),chacun étant conçu pour que le faisceau laser focalisé(3) résultant de l'action focalisatrice de la "lentille"(2) soit caractérisé par une performance optimale absolument maîtrisée - dans le sens que la prévision quantifiée de la puissance P du faisceau laser (1) requise notamment pour la coupe d'une plaque de métal d'épaisseur L est formulée par l'invention - autour du point focal effectif F, sur l'étendue d'une épaisseur L donnée du champ de phase focal (4) du système où ledit faisceau focalisé (3) est directement utilisé à usiner les pièces solides placées en (4), grâce à l'énergie thermique engendrée par l'impact du faisceau laser(3) sur la pièce solide en (4), par exemple couper,souder, percer une plaque de métal d'une épaisseur L donnée; marquer jusqu'à une profondeur L sous la surface;faire le traitement de surface d'une plaque avec une tâche d'impact dont l'aire est proportionnelle à l'épaisseur L du champ de phase focal (4), ladite tâche d'impact pouvant être promenée à travers la zone désignée pour recevoir le traitetement thermique par mouvement relatif de la pièce traitée par rapport au faisceau laser (3) : - la " lentille " désigne tout dispositif ayant une fonction focalisatrice; ce peut être une lentille plan-convexe, ce peut être un miroir à surface sphérique ou parabolique, pour ne citer que trois exemple parmi une infinité possible, ce peut être une combinaison réalisée à partir des dispositifs élémentaires de focalisation. Dans tous les cas, ladite " lentille " est caractérisée par une distance focale, notée f. - le faisceau laser (1) est caractérisé par sa longueur d'onde notée À. Ledit faisceau laser (1), au moment d'arriver en incidence sur la "lentille"(2),juste en amont immédiat de cette dernière peut être une onde sphérique de rayon de courbure algébrique R , positif ou négatif selon que ladite onde sphérique est divergente ou convergente dans le sens de propagation du faisceau laser (1 ),ou une onde plane,ce qui correspond à une onde sphérique de rayon de courbure R infiniment grand. - la structure spatiale du faisceau laser (1), c'est à dire sa fonction d'amplitude dans un plan transversal c'est à dire orthogonal à l'axe optique dudit faisceau peut être quelconque, gaussienne, uniforme ou autre, monomode ou multimode. - Les faisceaux (1) et (3) sont caractérisés en commun par le diamètre Do du disque Inscrit dans le contour limitant la zone d'onde interceptée par le plan orthogonal à l'axe optique focal tangeant au front d'onde reconstitué en aval immédiat de la " lentille " à l'extérieur de laquelle l'intensité (watt /cm2) du mode fondamental est au plus égale à deux pourcent (2% ) de sa valeur maximale. Do est pratiquement égal au diamètre des deux cercles contigus et réciproquement images (AoAo')(1)(2) et (QQ') (3). Le remplissage d'onde dudit disque peut être total ou partiel selon que la valeur de la fonction d'amplitude y est partout non nulle,ou peut y être nulle dans certaines zones, ce qui correspond au masquage, en ces zones, du faisceau laser comme dans le cas d'un faisceau laser sortant du résonateur " confocal positif instable ". - chacun desdits systèmes faisceau (1) - "lentille" (2) est caractérisé par sa distance focale 2903923 2 effective f ' définie par la formule suivante : 1/f' =1/f - 1/R ( le symbole " / " représente l'opération arithmétique de division alors que " - " représente la soustraction) 5 et caractérisé par l'angle d'attaque focal 00, mesuré en radian, défini par la formule suivante : eo=Do/(2.f) - ledit système faisceau-lentille" est caractérisé par le paramètre fondamental de structure instrumentale bo, nommé phase longitudinale unitaire ou épaisseur optique unitaire,mesuré en radian par centimètre, défini par la formule suivante : 10 bo=(n•002)/À où ( 002) représente 0o au carré, tandis que n est le nombre classique valant 3,1415...et que le point (-) symbolise l'opération arithmétique de multiplication. - ledit paramètre fondamental de structure instrumentale bo détermine la performance du faisceau laser focalisé (3) sur l'étendue du champ de phase focal (4) dont l'épaisseur L sépare 15 deux plans transversaux orthogonaux à l'axe optique focal , PI et P2, encadrant le point focal effectif F situé à équidistance desdits plans, ladite performance du faisceau focalisé (3) étant fondamentalement déterminée par la valeur du paramètre fonctionnel (po, nommé phase longitudinale ou épaisseur optique, mesuré en radian et défini par la formule suivante : (po=bo•L 20 - les meilleures performances du faisceau focalisé (3) dans l'étendue d'épaisseur L du champ de phase focal (4) se produisent pour les valeurs de (po appartenant à l'intervalle 10 ;1,4] des valeurs positives inférieures ou égales à 1,4 radians. Pour de telles valeurs de (Po inférieures ou égales à 1,4 radians, le système faisceau-lentille" caractérisé par son paramètre fonda-mental de structure instrumentale bo qui réalise (po selon la formule : 25 bo-L= 4)o est nommé système à noyau focal d'épaisseur L. Le champ de phase focal (4) d'épaisseur L réalisé par un système de paramètre fondamental bo tel que, bo-L=4o < 1,4 rd, est nommé noyau focal ; ce dernier possède la propriété géométricoondulatoire remarquable : le faisceau laser focalisé (3) est doté, dans toute l'étendue du noyau focal (4), de la capacité particulière 30 de préserver sa fonction de phase de toute déformation lors de sa propagation obligée dans le tunnel découpé dans la plaque solide, métallique par exemple, d'une épaisseur L et placé coaxialement dans ledit noyau focal (4) , en cas de coupe, de soudure ou de perçage, et par suite de garantir la réalisation effective de la performance optimale prévue, alors que ce type d'usinage pénétrant qui nécessite que le faisceau laser fasse son chemin à travers la matière 35 solide, pose de sérieux problèmes à l'état de la technique. L'épaisseur maximale, notée Lo, d'un noyau focal réalisé par un système caractérisé par son paramètre fondamental bo est définie par la formule suivante : bo . Lo = 1,4 radians 2903923 3 II apparaît que le système à noyau focal peut être caractérisé de deux façons équivalentes, soit du point de vue structurel par la valeur numérique exprimant la mesure en radian par centimètre du paramètre fondamental de structure instrumentale bo, soit du point de vue fonctionnel par la valeur numérique exprimant la mesure en centimètre de l'épaisseur géométrique 5 maximale Lo du noyau focal. Lo est nommé limite nucléaire focale. Le présent document, dès la première phrase, a indiqué que la présente invention concerne un sous-ensemble de systèmes faisceau-lentille". En réalité, ledit sous-ensemble de systèmes est la partie de la présente invention qui constitue la contribution exclusive ajoutant à l'état de la technique parce que,comme on pourra le comprendre par la lecture de l'exposé qui 10 va suivre, la présente invention est fondée sur l'utilisation systématique du noyau focal dont l'-épaisseur L peut prendre toutes les valeurs possibles, de l'infiniment petite à l'infiniment grande selon les besoins de l'usinage laser,c'est à dire de façon équivalente que la limite nucléaire focale Lo peut prendre toutes les valeurs comprises entre l'infiniment petite et l'infiniment grande alors que, en lui appliquant la notion nouvelle de limite nucléaire focale, on peut constater 15 que l'état de la technique ne connaît que des systèmes faisceau - "lentille" caractérisés par des limites nucléaires focales Lo de très petites valeurs, sous l'autorité universellement respectée du concept classique de " tâche focale réduite inconditionnelle ". La borne supérieure notée Loo des valeurs de la limite nucléaire focale Lo des systèmes faisceau -"lentille" classiques constitue la valeur limite au delà de laquelle les valeurs de Lo caractérisent le sous en- 20 semble de systèmes faisceau -"lentille" de la présente invention qui sont ignorés de la pratique classique dans la mise en oeuvre du concept de " tâche focale réduite inconditionnelle ". Loo sera précisée à la fin du présent exposé après la présentation de tous les faits. Le problème résolu par la présente invention résulte de la synthèse des propriétés structurel-les et fonctionnelles relevant de deux questions inhérentes à l'usinage laser. 25 La première question concerne la relation d'exigence que le faisceau laser focalisé (3) est te-nu de satisfaire à travers l'aire d'impact en contact avec la surface du corps solide, pour que la température au centre de ladite aire d'impact s'élève après un temps relativement court, à la valeur désirée et désignée à cet effet. Une remarque préliminaire s'impose afin d'écarter toute ambiguité : 30 Le corps à usiner peut être de forme quelconque, mais étant donnée la petitesse de la dimension de l'aire d'impact laser, et que ledit corps peut être considéré comme ayant une surface localement plane, de là le problème de l'usinage laser se ramène à celui d'une plaque à faces parallèles, sans que la généralité en soit, de ce fait, restreinte. La deuxième question, en calculant les propriétés optiques et energétiques du faisceau laser 35 focalisé (3) dans le champ de phase focal (4), révèle la supériorité absolue du système à no- yau focal par l'analyse systématique de la performance du système faisceau -"lentille" à tra- vers un ensemble exhaustif de trois situations de coupe,à savoir : L est très grand par rapport à Lo dans le premier cas, qui relève du système classique; dans le deuxième cas, L est au 2903923 4 plus égal à Lo, ce qui relève du système à noyau focal dans son application centrale systématique et préférentielle; pour le troisième cas, L est très légèrement supérieur à Lo, ce qui correspond à l'utilisation circonstancielle du système à noyau focal appliqué à un champ de phase focal (4) legèrement plus épais que la limite nucléaire focale Lo du système à noyau 5 focal considéré, pour couper par exemple une plaque dont l'épaisseur est légèrement un peu plus grande que celle pour laquelle le système à noyau focal initial a été adopté. Cette deuxième question sera traitée après le traitement de la première. De la relation d'exigence est dégagée la grandeur physique déterminante, nommée puissance d'action, à laquelle est proportionnelle l'augmentation de température To du centre de l'aire 10 d'impact. De la relation logique des propriétés attachées à la puissance d'action, une définition précise de la tâche d'impact est dégagée, vis à vis de deux préoccupations majeures qui sont d'une part la dureté énergétique exigée dans le cas de l'usinage pénétrant comme de la coupe laser, et d'autre part la régularité de la répartition énergétique dans ladite tâche d'impact dans le cas de l'utilisation du faisceau laser pour le traitement de surface. De la logique de dureté 15 énergétique est dégagée l'importante définition du disque d'impact d'extention minimale. En fin, une relation de proportionnalité est établie entre la puissance d'action attachée au disque d'impact d'extention minimale et la variation To de température au centre de ce dernier. L'objet central de la présente question relève de l'approche de la loi de la chaleur, qui doit être mise, (ce qui est fait dans la présente invention tel qu'il est résumé dans les lignes précéden-20 tes et qui se prolonge par la deuxième question qui est consacrée à la finalité instrumentale), en connexion avec les caractéristiques optiques et énergétiques du faisceau focalisé (3) : Les travaux de recherche sur l'interaction laser-matière solide ont été initiés simultanément à l'apparition du premier laser, par les chercheurs Jaeger et Carslaw (1959 ). Les travaux se sont continués depuis, et se sont considérablement diversifiés dans toues les directions y 25 compris en Optique afin d'améliorer l'efficacité du laser et aussi dans le domaine de l'interaction laser-plasma. Cependant, rien de décisif n'a encore été obtenu car du point de vue de la présente invention il s'agit de débloquer avant que d'améliorer ! En tout cas la voie de la pré-sente invention est ignorée de l'état de la technique, notamment aucune connexion conséquente n'a été opérée par l'état de la technique entre certaine conclusion utile tirée de l'appli- 30 cation de la théorie de la chaleur et les caractéristiques optiques et énergétiques du faisceau laser focalisé (3) dans le champ de phase focal (4) . La seule conclusion utile peut être tirée du schéma d'approche élaboré par Jaeger et Carslaw (1959) lequel peut être retrouvé dans la littérature notamment au chapitre 4 (" laser heating of solids : theory ") du livre " CO2 laser, effects and applications " de W.W Duley (1976 ). 35 Voici l'énoncé dudit schéma d'approche : " On considère un corps solide de masse volumique p, de chaleur massique C, de conduçtivité thermique K, semi-infini, recevant par sa face extérieure plane à partir de l'instant zéro un flux laser d'intensité I, constante temporellement et uniforme spatialement à l'intérieur de l'aire 2903923 5 d'impact de centre O, de demi diamètre A, y concentrant une puissance P = I • n • A`, le coefficient d'absorption du solide pour le faisceau laser considéré est s ". Ledit schéma d'approche se traduit exactement par l'équation différentielle aux dérivées partielles classique de la théorie de la chaleur transcrite selon l'écriture de la théorie de distribu- 5 tion, qu'il est utile de présenter : p - C 8T/at-K•AT=2•s.1.F(r)•Y(t)•5(0 (EQ.Zéro) où : F(r) est une fonction de la variable positive r valant 1 si r est au plus égale à A et valant zéro si r est supérieure à A; Y(t) est la fonction de Heaviside de la variable réelle t valant 1 si t est positive et valant zéro si t est négative ou nulle; 6(r) est la distribution de Dirac de la va- 10 rable réelle i;; a•/at est l'opérateur classique de dérivée partielle par rapport à la variable t qui représente le temps; le symbole o est le laplacien à trois varibles (x;y; : 0=82./a)(2+82./ay2+â2./8 2 ; enfin T représente l'augmentation de la température par rapport à la température initiale du corps solide soumis au flux laser, T est une fonction de quatre variables (x;y; 0), les trois 15 premières représentant les trois coordonnées d'un point de l'espace, notée T(x;y; 0). Les notations géométriques se rapportent à la figure (Fig.1), dans laquelle O représente le centre du disque d'impact, les axes ox et oy représentent deux axes orthogonaux contenus dans le plan de la face extérieure plane du corps solide, l'axe og est orthogonal à ladite face plane et est dirigé vers l'intérieur du corps solide, r représente la distance à l'axe d'un point de 20 coordonnées (x;y; i;) tel que r=( x 1 + y 2)W Par raison de symétrie de révolution autour de oi; du schéma d'approche, T(x;y;;t) prend la forme : T(x;y; = T(r; De la solution exacte de l'équation (EQ. Zéro) trois aspects sont déduits sous la forme des trois expressions exactes classiques suivantes : T(r=0; t=--) = To = (E.P) / (n•A•K) P/A = (n(To) /E (EQ. RPA) 25 T(r) = T(r; C=0; t=oo) =To •J[Jo(v•r)•Ji(v•A) /vldv, où l'intégrale se fait de 0 à o.. (EQ. DISTRI) où Jo et JI sont les fonctions de Bessel de première espèce d'ordre zéro et d'ordre un. T(t)=T(r=0; C=0; t) =To. [ 1 / w(t) l• {(1 /n/) • (1- exp-[w(t)12)+ 2.w(t) /n/ • f exp(-v')dv} où exp est l'exponentielle et où l'intégrale se fait de w(t) à o.. (EQ. PULS) où : w(t) = A / [2 • (x • t)/] , avec x = K / (p • C). 30 Ce travail d'approche est critiquable sur trois points pour manque de réalisme; la conclusion utile qu'on peut en tirer est la signification physique de caractère général contenue dans les trois expressions (EQ. RPA), (EQ. DISTRI) et (EQ. PULS) et surtout dans l'expression (EQ. RPA) bien que cette dernière ne soit pas directement utilisable en conservant son conttenu d'origine et qu'elle concentre sur elle les trois défauts mentionnés et présentés un peu 35 plus loin où elle sera modifiée en la forme générale de (EQ. RPA BIS). La signification physique de la relation (EQ. RPA) est claire et générale, en effet : Au membre de gauche la grandeur physique P/A, ne dépend que des propriétés optiques du faisceau laser non focalisé du schéma d'approche présenté mais aussi et surtout focalisé 2903923 6 comme (3) analysé à la deuxième question, est de ce fait nommée par la présente invention puissance d'action mesurée en watt /cm ; au membre de droite, la grandeur (n-K-To) /s, (où To est l'augmentation de la température au centre de l'aire d'impact atteinte au terme d'un temps théoriquement infini mais qui pratiquement n'est que de l'ordre de quelques millisecon- 5 des selon un exemple de calcul portant sur T(t) de (EQ. PULS) pratiqué sur le cas de l'alluminium ), ne dépend que des caractéristiques physiques du corps solide soumis au flux laser qui augmente sa température de To, de cette observation la conclusion tirée du schéma d'approche consiste en ceci que le faisceau doit fournir à l'aire d'impact la puissance d'action P /A en quantité égale à n-K•To /e pour augmenter de To la température du corps solide au centre 10 de l'impact . La conclusion peut être généralisée au cas du faisceau focalisé (3) de la présente invention après quelques observations utiles. La répartition de la température T(r) selon le demi diamètre r (le mot rayon est réservé au rayon de lumière laser ), T(r) /To en fonction de r /A , est consignée dans le tableau suivant : 15 Il résulte de l'examen de ce tableau que la température moyenne du disque d'impact est de l'ordre de 0,88-To. Il est d'autre part utile d'observer qu'à la transition solide -4 liquide, ce qui se produit lors de la coupe laser, la valeur de K baisse - souvent par saut - alors que celle de s augmente - souvent par saut aussi - si bien que dès l'apparition de la première goutte de liqui- 20 de en cas de fusion, la balance représentée par l'équation (EQ. RPA) penche en faveur de l'augmentation de To qui de ce fait s'accélère. La conclusion des deux observations est que pour le travail de prévision du concepteur de faisceau laser destiné à l'usinage, il suffit que toute évaluation se base sur la température To du centre de l'impact, en faisant comme si la température était partout constante et égale à To à travers le disque d'impact. 25 L'information sur le facteur temps tirée de la relation (EQ. PULS) permet de préciser l'ordre de grandeur du délai de réponse du corps solide soumis au flux laser, de l'alluminium par exemple : K=233 watt par mètre; C=888 joule par degré kelvin par kilogramme p=2694 kilogramme par mètre cube; A=0,25 millimètre; t=5,08.10-3 seconde T(t)/To = 0,9 En 5,08 milliseconde, la température à la surface du corps solide soumis au flux laser, au centre de l'impact , atteint 90 pourcent de sa valeur finale d'équilibre pour une valeur donnée de la puissance du faisceau laser. En prenant, dans un deuxième exemple avec le même métal, tp = 85.10-6 seconde, voici : T(tp) = To / 2,5 Ce petit exemple de calcul montre clairement que, en fonctionnement impulsionnel avec une durée d'impulsion de 85 microseconde, il faut une puissance crête d'au moins 2,5 fois la puissance utilisée en fonctionnement continu pour obtenir le même résultat qu'en continu. r /A 1 0 1 0,1 1 0,2 1 0,3 1 0,4 1 0,5 1 0,6 1 0,7 10,8 1 0,9 11 I I T(r) /To l 1 1 0,997 10,98910,97810,96010,93310,90010,86510,81710,74010,6371 30 35 2903923 7 Dans le domaine du laser d'usinage les illusions épaisses stagnent au-dessus de deux points. Le premier point concerne le fonctionnement impulsionnel alors que le deuxième, c'est le concept de "tâche focale réduite inconditionnelle" qui sera traité à la deuxième question. En effet, le fait que le faisceau laser destiné à fonctionner en mode impulsionnel soit équipé d'une puis- 5 lance crête élevée comme il se doit d'après l'explication donnée ci-dessus dans le dernier exemple, n'a pas été perçu comme une nécessité mais au contraire a engendré des illusions exagérées consistant à considérer le laser pulsé comme une solution au problème de la capacité de coupe qui est dramatiquement limitée à l'heure actuelle, malgrés le trésor d'imagination déployé pour résoudre ce problème qui est une nécessité économique évidente. 10 L'enseignement tiré du dernier exemple est clair, la solution au problématique de l'usinage laser n'est pas dans un mode ou un autre de fonctionnement impulsionnel pris en tant que tel, parce que ce dernier type de fonctionnement n'est qu'une variante technique procurant une certaine commodité circonstancielle, c'est à dire qu'il est vain d'espérer qu'il contribue à débloquer l'état actuel de la technique. 15 L'équation (EQ. RPA) en établissant l'égalité entre P!A et n-K-To le est la relation d'exigence particulière imposée au faisceau laser non focalisé pour réaliser sa tâche d'usinage. Ladite relation d'exigence particulière établie à partir du schéma d'approche présenté ci-dessus pré-sente trois défauts fondamentaux. De toute évidence le présent schéma d'approche qui est caractérisé par une fonction d'inten- 20 sité uniforme I-F(r) , (F(r) est constante égale à 1 pour r < A et nulle pour r > A) , figurant au second membre de l'équation de transfert de la chaleur ( EQ.Zéro ) ne représente que le seul cas d'un faisceau non focalisé ayant une structure spatiale uniforme. Et c'est uniquement pour ce dernier cas restreint qu'est apparue la relation d'exigence sous sa forme particulière ( EQ.RPA ), qu'est l'égalité entre le terme n-K To le et la puissance d'action P /A. 25 Nécessaire,et souhaitable pour l'intelligence conceptuelle destinée à préciser le contenu de la condition suffisante portée par le cfisque d'impact en vue de sa connexion instrumentale, le culcul de l'équation dé la chaleur ( EQ.Zéro ) étendu au cas général d'un faisceau focalisé - où la fonction F(r) n'est pas constante - est réalisé par la présente invention d'où découle la relation générale ( EQ.RPA.B) suivante : 30 n-K-Tole=n-1- f" F(r)dr=n-A-[1-Jo F(At)dtl (EQ.RPA.B) L'expression entre crochets de (EQ.RPA.B ) a la signification d'une moyenne pondérée de ('-intensité laser évaluée à travers le disque de demi diamètre A : il apparaît que (EQ.RPA) est une forme particulière de ( EQ.RPA.B ); d'où la conclusion générale suivante : La relation d'exigence la plus générale est une relation de proportionnalité entre (n-K-To) le et 35 la puissance d'action P' lA, P' étant la puissance déposée par le faisceau focalisé (3) à l'intérieur du disque d'impact de demi diamètre A placé dans le champs de phase focal (4), P' et A restant à déterminer plus tard en même temps que le coefficient 7o de ladite proportionnalité. Ladite relation d'exigence est du même type que la relation (EQ. RPA Bis) établie un peu plus 2903923 8 loin pour le cas très important d'un faisceau laser gaussien focalisé (3) sur le disque d'impact situé dans un plan transversal du noyau focal du champs de phase focal (4). Les deux autres points visés par la critique de la préssente invention concernent d'une part le fait que le schéma d'approche historique considère, dans le disque d'impact, la totalité de la 5 puissance P du faisceau laser, et d'autre part le fait que le demi diamètre A du schéma d'approche était une donnée arbitraire du problème. Ces faits ont pour origine l'absence de connexion entre les propriétés optiques et énergétiques d'un faisceau laser focalisé et ledit schéma d'approche considéré dont l'inconséquence réside dans l'absence de développement de son contenu logique jusqu'à la finalité instrumentale en vue de la construction d'un faisceau laser 10 efficace, capable de réaliser la totalité des tâches d'usinage qui lui incombent. Voici l'explication de la présente invention : Si on considère, sous le flux d'un faisceau laser focalisé (3), située dans un plan transversal, orthogonal à l'axe optique focal,placé dans le champ de phase focal (4), la tâche éclairée dans toute son étendue, alors la puissance qui y est concentrée est naturellement la puissance to- 15 tale P transportée par le faisceau laser focalisé et le demi diamètre A de ladite tâche est tout aussi naturellement le demi diamètre maximal de la tâche de diffraction. Or, sous le flux d'un faisceau laser focalisé, la totalité de ladite tâche n'est pas de qualité énergétique égale ni d'efficacité égale : l'intensité y est maximale au centre, va en décroîssant du centre vers la périphérie où elle a une valeur beaucoup plus faible pour finir par perdre toute efficacité. Or il y a 20 des circonstances où les conditions sont critiques et contraignantes notamment en usinage pénétrant comme c'est le cas en découpe laser où le métal sous cette partie périphérique, qui ne reçoit qu'une concentration de puissance insuffisante vis à vis du seuil exigé pour la mise en état de fusion du métal, ne sera pas fondu et ne laissera pas pénétrer le faisceau laser à cet endroit, si bien qu'une partie de la puissance P du faisceau est de ce fait laissée à l'extérieur du trou de coupe. C'est pourquoi la présente invention distingue, dans la tâche éclairée, une zone centrale particulière capable de se porter jusqu'à la température de fusion dans sa totalité dès que la valeur de la puissance totale P du faisceau focalisé franchit le seuil prévu à cet effet. Et l'appelation, dans la présente description, de tâche d'impact ou d'aire d'impact, désigne exactement cette zone centrale essentielle, seule digne d'intérêt pour des raisons 30 d'efficacité et de fiabilité, de la tâche éclairée. II est dès lors évident que ladite tâche d'impact ne contient pas la puissance totale P du faisceau laser focalisé mais seulement une partie P'. II est dès lors aussi évident que le demi diamètre A de ladite tâche d'impact n'est pas non plus une donnée arbitraire et indifférente du problème, mais reste à déterminer. En mettant P' , comme c'est légitime d'après les propriétés optiques et énergétiques étudiées 35 à la deuxième question, sous la forme : P'=Po•P Po est un nombre positif inférieur à un qui représente la fraction de la puissance totale reçue par la tâche d'impact ; Po est nommé puissance unitaire. De même, P' /A = Po /A • P . 2903923 9 Po /A est nommé puissance d'action unitaire, mesuré en watt par centimètre par watt ou en cm-1. De même, en empruntant une propriété optique et energétique dégagée par les calculs mathématiques lors du traitement de la deuxième question, la fonction d'intensité I mesurée en watt par centimètre carré (w /cm 2) en chaque point du disque d'impact peut se mettre 5 sous la forme : I = lo P . Io est nommé intensité unitaire, mesurée en watt par centimètre carré par watt ou en cm-2. Ces caractéristiques énergétiques unitaires Po, Po /A et Io caractérisent les performances du faisceau laser focalisé (3) dans le champ de phase focal (4) ; leurs optimisations sont les visées centrales de la deuxième question et de la présente invention. 10 La détermination du demi diamètre A de la tâche d'impact de coupe se fait en même temps que celle de Po qui est une fonction croissante de A. Ladite détermination se fait à travers la réponse à la question : jusqu'à quelle valeur limite peut et doit s'étendre le demi diamètre A du disque d'impact vis à vis de l'efficacité maximale de la découpe laser ? Le critère de choix doit trancher dans la contradiction suivante : une valeur de A plus grande augmente l'efficaci- 15 té ultérieure du faisceau dans le tunnel de coupe, cependant qu'il est préférable de contenir sa valeur dansle domaine d'efficacité naturelle d'extension minimale ( voir ci-dessous ). Voici comment la présente invention applique ce critère à l'étude de l'interaction laser-métal pour la détermination du demi diamètre A de la tâche d'impact et de la puissance unitaire Po de la meilleure efficacité vis à vis de la découpe laser : 20 Soit considéré un disque d'impact, de demi diamètre A de la figure (Fig.2), couvert par le flux du faisceau laser qui y concentre une puissance P' et une puissance d'action P' /A. Soit dA la largeur de la bande annulaire contigue couverte également par le flux laser et qui vient s'agréger au disque central considéré, et soit dP' la puissance concentrée dans ladite bande annulaire; soit To et Ti les températures respectives au centre et sur la circonférence du disque 25 central lorsque seul ce dernier est éclairé en laissant la bande agrégeante dans l'ombre par un procédé de masquage du faisceau laser (le masquage se faisant uniquement au niveau du plan du disque d'impact afin que le faisceau ne soit point perturbé, ce qui risquerait d'altérer ses propriétés optiques, avant qu'il n'atteigne ce plan). La puissance d'action du disque d'impact agrandi de demi diamètre A + dA est : (P' + dP') /( A + dA ).Trois cas sont possibles : 30 - Si [( P' + dP') / (A + dA) - P' /A ] > 0 , To et TI augmentent, ce qui signifie que l'extension de l'impact dans le sens du disque agrandi augmente l'efficacité de la coupe laser. - Si [( P' + dP') / (A + dA) - P' / A] = 0, To ne décroît pas mais Ti augmente grâce à l'apport d'energie supplémentaire de la bande agrégeante lors du démasquage du faisceau laser, ladite augmentation étant conforme à l'enseignement tiré des calculs de (EQ. DISTRIBU ) 35 parce que la circonférence du disque central sur laquelle la température était Ti lorsque ce dernier était seul démasqué pour le flux laser, est maintenant plongé à l'intérieur du disque agrandi de même puissance d'action P' / A . La conclusion est la même que pour le cas précédent : l'efficacité de coupe est accrue dans le sens du disque agrandi . 2903923 10 - Si [(P' + dP') / (A + dA) - P' / AI < 0, alors bien que de toute évidence To et Ti ne decroissent pas, leur croissance probable n'est plus soutenue aussi vigoureusement que dans les deux cas précédents et, tôt ou tard le processus d'extension de la zone d'efficacité n'est plus énergétiquement assurée; la limite d'éfficacité de la tâche d'impact est alors atteinte. 5 Etant donné que P' / A = Po / A . P, P étant la puissance du faisceau focalisé (3), il est commode que l'exposé se poursuive avec les caractéristiques unitaires Po, Po / A et Io lesquelles ne dépendent que des propriétés optiques et énergétiques du faisceau focalisé (3) dans le champ de phase focal (4), qui sont étudiées dans la deuxième question. Les courbes des figures (Fig. 6) et (Fig. 7) empruntées à la deuxième question où (Fig. 6) est 10 relative au cas d'un faisceau gaussien alors que (Fig. 7) est relative à un faisceau de structure spatiale uniforme avant que ledit faisceau ne soit focalisé par la " lentille " (2), montrent que la fonction Po / A se révèle être une fonction d'abord croissante à partir de A=O, croît jusqu'à une valeur maximale pour une valeur du demi diamètre notée Am puis decroît monotonement. D'après la discussion précédente, le demi diamètre A de la tâche d'impact est au moins égal 15 à Am. Le disque de demi diamètre Am est nommé par la présente invention disque d'impact d'extension minimale et la puissance d'action attachée à ce disque d'extension minimale est tout à fait représentative de l'effet thermique du faisceau focalisé (3) c'est pourquoi la présente invention propose que la relation d'exigence servant de référence pour le calcul prévisionnel portant sur la valeur de puissance de faisceau nécessaire dans l'exécution de telle ou telle épaisseur de coupe de tel ou tel métal soit celle établie relativement au disque d'impact d'ex-tension minimale, c'est à dire de la forme : (P' / A)(A=Am) _ (1/yo) . [(rc•K•To) /sl où yo est une constante relation d'exigence du type (EQ. RPA Bis) établie un peu plus loin où la valeur de yo sera précisée pour le cas du faisceau de structure spatiale gaussienne. 25 Il faut noter que la tâche d'impact est resserée autour du disque d'impact d'extension minima-le avec A juste plus grand que Am de telle sorte que la valeur absolue de la différence relative entre 2rt l A et (P' / A)A=Am ne dépasse pas vingt pour cent (20%) alors que Am est la racine de l'équation : [2 • • Am . (lo)A=Am ù (Po / A)A=Am] = 0 30 Voici un exemple réalisé à l'aide d'un système dont la limite nucléaire focale est Lo = 1,4cm : La courbe représentative de la fonction Po /A de la figure (Fig. 6) tirée des valeurs du tableau (T. 6) établi pour le cas d'un faisceau gaussien focalisé (3) dans le champ de phase focal (4) avec une faible valeur de po , atteint sa valeur maximale pour Am =1,25. (À/n)/, À étant la longueur d'onde ( mesurée en centimètre) du faisceau laser ; le demi diamètre A de la tâche 35 d'impact est estimé à A=1,4-(A/n)/ ;la valeur de Po attachée à la tâche d'impact est Po=0,82. Il faut remarquer que la valeur de A ainsi estimée qui est très proche de Am est placée volontairement dans les conditions de réalisation de la plus grande facilité puisque très proches de la réalisation imposée par la nécessité naturelle dès que la puissance P portée par le faisceau 2903923 11 laser focalisé (3) atteint une valeur minimale requise évaluée à l'aide de la formule de référence du type (EQ. RPA Bis), d'autant plus que dans les conditions de fonctionnement normal la-dite valeur minimale est toujours dépassée dont le surplus est converti spontanément en accroissement de vitesse de coupe. Ladite tâche d'impact du présent exemple est prévue pour 5 être celle de l'entrée du tunnel de coupe de plaque de métal dont l'épaisseur L est du même ordre de grandeur que la limite nucléaire focale (Lo =1,4cm) alors que la tâche d'impact pré-vue pour la sortie du tunnel de coupe ne peut être présentée qu'à la fin de la deuxième question et du présent exposé. Le grand soin avec lequel la présente invention conçoit les tâches d'impact tout le long du tunnel de coupe, depuis l'entrée jusqu'à la sortie, dont la longueur L est 10 quelconque, est dicté par la nécessité de fonctionner dans les conditions du juste optimum de telle sorte que le faisceau focalisé (3) qui doit travailler dans le tunnel de coupe arrive à l'autre bout avec la meilleure performance possible sur la tâche d'impact de sortie, ce qui implique la nécessité, révélée à la deuxième question, de modérer la performance de la tâche d'-impact à l'entrée du trou de coupe, au niveau du juste optimum nécessaire, alors que rien 15 n'est plus facile que d'avoir une tâche d'impact aussi performante que celle du système classique tant que ladite tâche d'impact en question se trouve à l'entrée du tunnel, en espace libre. Une première confrontation avec l'état de la technique permet d'éclairer ce dernier point : Dans la découpe laser classique, la puissance unitaire Po, d'après le tableau (T. 6), injectée par le faisceau laser fortement focalisé classique pénétrant effectivement par le trou d'entrée 20 creusé par la coupe est au moins de 94% pour le cas du faisceau gaussien. La différence de 12% entre le système classique et la présente invention est injectée dans la bande de couronne circulaire où l'intensité du faisceau classique reste suffisament forte pour être capable de faire fondre le métal à cet endroit. Seulement, le prix de cet excès de performance facile, comme le révèle la deuxième question, est l'auto-destruction de la performance du faisceau 25 à l'intérieur du tunnel de coupe qu'il lui incombe de réaliser dans une épaisseur de métal trop grande par rapport à la limite nucléaire focale caractérisant le système faisceau-lentille classique considéré. En réalité, la tâche de diffraction qui sous-tend la tâche d'impact est caractérisée par trois paramètres : - le demi diamètre optique p ou phase transversale de ladite tâche, mesuré(e) en radian, dont 30 la définition et le contenu seront donnés à la deuxième question. C'est 5 seul qui régit la distri- bution de l'intensité laser et de la puissance qui est une fonction croissante de 5. - le demi diamètre géométrique A en centimètre. - le paramètre fondamental de structure instrumentale bo en radian par centimètre. Les trois paramètres sont reliés dans la formule suivante : 35 A = ([3 /2) . [À /(rc .bo)]' où À est la longueur d'onde mesurée en centimètre En limitant la discussion au seul point de vue de l'efficacité de l'utilisation de la puissance qui seul intéresse le présent sujet, et en prenant l'exemple très important du faisceau gaussien, 5 varie dans une marge de valeurs très étroite, entre 5=2,5 radian correspondant au disque d'- 2903923 12 impact d'extension minimale et la valeur quasi limite p=3,6 radian atteinte par le système classique au prix d'une très grande valeur du paramètre instrumental bo pour forcer une intensité déjà très forte ( qui émerveille le monde ) jusque dans la limite p=3,6 radian, alors que selon la présente invention l'usage de l'instrument bo est réservé à adapter l'épaisseur optique 5 (po pour une valeur de L donnée en veillant à ce que,au moyen de la puissance P du faisceau, à l'entrée du tunnel de coupe, le métal fonde sous la tâche d'impact définie par p<2,8 radians sans que le dépassement de la valeur de p au delà de 2,8 radians, lequel serait bien venu lorsqu'il serait réalisé par l'excès d'énergie disponible éventuel, soit exigé ou nécessaire. Comme (p 12) varie très peu ( entre 1,4 et 1,8 radian ), c'est le paramètre bo qui sert d'instru- 10 ment à la présente invention pour régler à volonté la valeur du demi diamètre géométrique A, lequel ne joue aucun rôle du point de vue optique puisqu'on vient de voir que c'est de p seul et non de A que dépendent les fonctions sur le disque de Po et lo/bo, mais va devenir important dans la présente invention, afin d'adapter ( judicieusement) l'étendue géométrique du disque d'entrée dans le tunnel dans le but notamment d'éviter au faisceau de se propager en zigzag 15 dans ce dernier, comme expliqué mathématiquement dans la deuxième question. L'équation (EQ. RPA Bis) définit le type général,comme déjà démontré dans les lignes précédentes, de la relation d'exigence destinée à servir de référence d'évaluation. Elle est établie ci-dessous pour le cas du faisceau gaussien, à la lumière des résultats industriels. Les résultats industriels de la découpe laser, dont les détails numériques sont présentés dans 20 la partie suivante de la présente description consacrée au traitement de la deuxième question, confirment la forme de la relation d'exigence du type (EQ. RPA Bis) : y . (P' /A)A=Am = rt•K•To /c avec : y>l voire même y > 2. Voici l'explication de la présente invention portant sur le contenu physique de y : y peut être décomposé en un produit de trois facteurs indépendants tous supérieurs à 1 : 25 y=yg.yf.yo avec : yg > 1 ; yf > 1 ; yo > 1. - yg est dû au gaz d'assistance qui renforce l'efficacité de la puissance d'action par l'apport supplémentaire de la chaleur drainée convectivement d'amont en aval, c'est pourquoi yg >1. -yf relève du processus physique de la fluctuation thermique d'origine statistique. En réalité, les effets relevant de la fluctuation se traduisent par des niveaux aléatoires de température 30 tant plus élevés que moins élevés par rapport à la température moyenne au sens statistique. La théorie de la chaleur classique qui est utilisée dans le schéma d'approche exposé dans les lignes précédentes n'est en mesure de prendre en compte que la température moyenne au sens statistique telle que To en laissant dans l'ignorance les effets de fluctuation. Cependant, lesdits effets relevant de la fluctuation peuvent fort bien se concrétiser dans le cas exception- 35 nel où la température résultant du surcroît d'origine statistique fluctuationnelle franchit le seuil de la fusion du métal, seuil où l'agitation désordonnante et destructurante l'emporte sur la cohésion ordonnée du métal, où ladite agitation se trouve instantanément synergiquement ampli-fiée par l'augmentation du coefficient d'absorption

c, ladite absorption étant réciproquement 2903923 13 accrue par la dislocation de l'état solide qui s'amorce en ce point critique de la transition solide-liquide. C'est pourquoi, en usinage laser pénetrant impliquant fusion du métal, yf >1. - l'inégalité yo >1 est dûe au fait que l'intensité (en watt Icm 2) du faisceau laser focalisé dans la tâche d'impact I-F(r) (de EQ.RPA B, page 7) est une fonction décroissante de r, d'où : 5 d(P' /r) /dr=(2n /r)•I•F(r)•r-(2n /r2) -fo" I•F(x)•x dx < n-1-F(r) P' /A < Jô n - I - F(r) dr yo va être précisé ici dans un exemple très important d'un faisceau gaussien réel focalisé. D'après la relation (EQ.RPA.B) exposée précédemment à la page 7, c'est le rapport : yo = (rtKTo Is) I (P' /Am) _ (nJQ I-F(r) dr) I( P' /Am) (P' /Am) est la puissance d'action du disque d'impact d'extension minimale de demi diamètre 10 Am, alors que A est le demi diamètre de la tâche d'impact yo dépend de A qui sera indiqué dans trois cas selon qu'il s'agit soit de la tâche d'impact de traitement de surface ou du trou d'entrée du micro tunnel de coupe ou d'extension minimale. La détermination de yo est grandement facilitée grâce à l'utilisation d'un résultat de calcul original entièrement élaboré par la présente invention ( pour plus de détails, se reporter à l'expo- 15 sé consacré à la deuxième question, notamment pages 37 à 42 ). D'après ladite élaboration, la focalisation d'un faisceau gaussien réel, du fait qu'il a un diamètre limité c'est à dire qu'il est tronqué, donne un faisceau qui n'est gaussien que dans une région limitée autour de son axe optique et qui s'écarte progressivement de la forme gaussienne en allant vers les régions de plus en plus éloignées de l'axe. 20 D'après ledit résultat, la fonction d'intensité I-F(r) notée I(r,,z) (en un point M(r,z) d'un plan orthogonal à l'axe optique focal du champ de phase focal (4) d'un faisceau focalisé (3) obtenu à partir de la focalisation par la "lentille" (2) d'un faisceau laser (1) de structure spatiale mono-mode gaussienne, où r est la distance de M à l'axe optique focal et z est sa coordonnée axiale selon l'axe optique focal Fa (Fig.5) par rapport au point focal effectif F,) est de la forme : 25 I(r,z) = 8-bg -Mg(bg •z)- P . exp[-2- R Z -Mg(bg -z) lao 2 ]I{À-[ 1 -exp(-2. ao ) ]}-ig( R;bg-z) où bg = bo lao2, ao etant le rapport de troncature ( voir définition page 16) égal ici à 1,25; X est la longueur d'onde du faisceau; Mg(bg-z) est un facteur constant vis à vis de r mais dépendant de z; r =( /2)-[al(n - bo)l/ ; ug(R;bg - z) est un facteur de qualité important : lorsque ug est égal à 1 à très peu près, (ce qui est notamment le cas pour les points M(r,z) du disque 30 d'extension minimale ( caractérisé par p<2,5 radian) situé à l'intérieur du noyau focal avec -0,5 radian < bg - z +0,5 radian), I(r,,z) est une fonction gaussienne de r paramétrée par z. L'intégrale suivante (où il est fait ug=1) portant sur la variable r variant de 0 à Am donne la puissance P' contenue dans le disque d'impact d'extension minimale de demi diamètre Am : P' = SC' 2n . I(r,z) - r dr = [ 1 -exp(-8Am2-Mg -nbg /À) l- P I [1-exp-2ao 2 l 35 Comme Am = (m/2ao)•(À /nbg)" = (À /nbg)/ puisque 13m= 2,5 et que 2ao= 2,5, alors : P' = [1-exp-8Mg l- P / (1-exp-3,125) car 2- ao 2 = 3,125 où Mg(bg.z) est le module carré de l'intégrale portant sur t variant de 0 à ao comme suit : Mg(bg-z) = I fo'' t - exp [-t2 - (1-j-bg-z) l dt 12 2903923 14 où j est le nombre imagnaire tel que ja=-1 et ao = 1,25. Les variations de bg-z étant très faibles dans la spécificité de la présente invention, notamment -0,5 radian < bg-z <+ 0,5 radian dans toute l'étendue du noyau focal, les valeurs de Mg (bg-z) et de ug (r ; bg.z) et par voie de conséquence I(r ; z) s'écartent peu de leurs valeurs 5 respectives prises en z=0 si bien qu'il est suffisant de calculer yo pour z=0. L'erreur éventuel-le en faisant }.!g =1 pour 3>2,5 radian étant faible sur la première valeur de yo (3=3,2 radian) voire très faible sur la seconde (3=2,8 radian), voici en faisant 14=1 les résultats de calcul 4 - Mg (0) _ [1-exp (-1,5625) ]2 = 0,62471415... soit Mg (0) = 0,15617853... (P' /Am ) = (TE-bg /x)e - [1-exp (-8-Mg (0)) ] - P / [1-exp (-3,125) ] rc - Jo I(r ; 0) dr = 11(rc-bg /À) - @( 8-Mg (0)) - P / [1-exp (-3,125) ] Jô exp (-t2) dt 10 avec A = E3 /2,5) - [ À /(rc-bg) ] et X = (3 /2,5) - [ 8-Mg (0) ] D'où yo = ( [ 8-Mg (0) ] / [1-exp (-8-Mg (0) ) ] - J; exp (-t2) dt < 1,388703 ; soit : -1) tâche d'impact pour traitement de surface : 3=3,2 radian yo =1,32 - 2) tâche d'impact ch trou d'entrée du tunnel de coupe : 3=2,8 radian yo =1,28 - 3) tâche d'impact d'extension minimale : 3=2,5 radian yo =1,23 Avant de clore cette première question, une mise au point s'impose : Un faisceau laser réel n'est que rarement monomode, et en dehors du mode fondamental qui reste prépondérant du point de vue de la part de puissance qui lui est attribuée dans la ré-partition de la puissance totale entre les différents modes, coexistent les modes d'ordre su- 20 périeur, qui sont numérotés à l'aide des nombres entiers naturels, le numéro zéro désignant le mode fondamental qui seul subsiste torque les conditions sont réunis pour que le faisceau devienne monomode. Dans un faisceau réel focalisé, la coexistence des modes donne lieu, dans le champ de phase focal (4), à la coexistence des effets énergétiques produits par chacun d'eux, qui s'ajoutent dans le même sens. A la deuxième question, la présente invention a 25 montré que la contribution énergétique de tous les modes autres que le mode fondamental est dérisoire et inefficace dans la tâche d'impact de demi diamètre optique 3<28 radians si-tuée dans un plan transversal quelconque du noyau focal. C'est pourquoi, selon la présente invention, toute évaluation prévisionnelle doit se référer au mode fondamental en précisant la part P de la puissance qui lui revient Par conséquent, la valeur de yo calculée sur la base d'- 30 un faisceau gaussien monomode de puissance P sert à caractériser,de façon suffisante, l'efficacité d'un faisceau gaussien réel (un faisceau est dit gaussien lorsque son mode fonda-mental est gaussien ), dont !a puissance P n'est pas la puissance totale du faisceau mais est la part qui est attribuée à son mode fondamental. En laissant de côté les fadeurs de caractère contingent ou statistique que sont yg et yt , en 35 ne retenant que te facteur structurel yo prenant selon les cas l'une des trois valeurs présentées, voici la relation d'exigence de référence, destinée à assister l'ajustement opératoire : [(Po /A)A=Am ] - P =1 /yo - (rtKTo 1E) (EQ. RPA Bis) où P est la puissance portée par le mode fondamental et où (Po /A)A=Am est la puissance 2903923 15 d'action unitaire du disque d'impact d'extension minimale relative au mode fondamental dont le demi diamètre géométrique est Am=((3m /2). [(À /(n•bo)]/ où G3m est son demi diamètre optique. Le calcul de (Po /A)A=Am est présentée lors du traitement de la deuxième question. Etant donné que les fonctions lo et Po /A des faisceaux focalisés (3), obtenus par focalisation 5 par la "lentille" (2) des faisceaux (1) de structures spatiales aussi bien uniforme que gaussienne sont, d'après l'analyse faite à la deuxième question sur lesdits faisceaus respectifs, très proches à tout point de vue, l'équation d'ajustement opératoire de référence (EQ. RPA Bis) est valable pour les deux grandes famille de faisceaux de structure spatiales gaussienne et uniforme, avec 13m=2,5 radians pour la première et pm=2,1 radians pour la dernière. 10 La deuxième question étudie les propriétés optiques et énergétiques du faisceau laser focalisé (3) dans un plan transversal (un plan transversal est un plan orthogonal à l'axe optique focal ) courant sittué quelque part à l'intérieur du champ de phase focal (4) afin de construire un instrument à la fois optimal et commode pour la totalité des tâches d'usinage laser aussi bien pénétrant, ( impliquant la mise en fusion localisée du corps solide usiné dans l'axe du " tunnel " 15 creusé par le faisceau laser focalisé qui doit s'y propager en éxecutant sa tâche d'usinage, la coupe par exemple ), que non pénétrant ( comme le traitement de surface ). Le faisceau laser est formé dans un résonateur, ou résonateur - amplificateur dans le cas du laser à plusieurs étages. Une fois formé , et en amont des étapes ultérieures de transformation , ledit faisceau laser 20 possède trois caractéristiques fondamentales. La première caractéristique fondamentale est de loin la plus importante et la plus précieuse, qui est la qualité première du laser,c'est d'avoir un front d'onde (synonyme de surface d'onde) régulier, généralement plan ou sphérique ( les front d'onde plan et sphérique se transforment l'un en l'autre par simple interposition d'une lentille, ce qui signifie qu'ils relèvent de la même 25 essence : être transformable en une onde plane ). La deuxième caractéristique fondamentale du faisceau laser est sa structure spatiale dite aussi structure transverse ou transversale, ou mode. Elle est définie par sa fonction d'amplitude, c'est une fonction réelle définie en chaque point du front d'onde. La fonction d'amplitude de la meilleure qualité est appelée mode fondamental, c'est une fonction régulière lentement 30 variable et ne changeant pas de signe algébrique sur toute l'étendue du front d'onde : un exemple de mode fondamental est une fonction gaussienne ou une fonction constante. D'autres modes de moins bonne qualité coexistent en général avec le mode fondamental dominant permanent auquel ils disputent une partie de l'énergie totale du faisceau d'autant plus importante que ledit faisceau est de moins bonne qualité; la qualité d'un mode est caractérisée 35 par la valeur de l'intensité (en watt /cm qu'il produit dans l'impact du faisceau focalisé (3) dans un plan transversal de l'espace de phase focal (4); les modes sont numérotés à l'aide des nombres entiers; zéro désignant le mode fondamental, les numéros augmentent dans le sens de la qualité décroissante des modes correspondants. 2903923 16 La troisième caractéristique fondamentale est le diamètre extérieur du faisceau noté Do, généralement de forme ronde. En tout cas, que le faisceau laser soit de forme ronde ou pas, la présente invention définit le diamètre extérieur Do, comme étant le diamètre du cercle inscrit dans le contour limitant la zone à l'extérieur de laquelle l'intensité (watt /cm2) du mode fonda- 5 mental est réduite à moins de deux pourcent (2% ) de sa valeur maximale. En outre, dans le cas particulier du faisceau gaussien (un faisceau est dit gaussien lorsque son mode fondamental dominant est une fonction gaussienne ), on utilise aussi une définition supplémentaire de ce que la présente invention appelle le diamètre gaussien, c'est le diamètre de la circonférence, centrée sur l'axe du faisceau, sur laquelle l'intensité du mode fondamen- 10 tal est égale à (1 /e fois celle régnant sur l'axe du faisceau ( noté diamètre à 1/e 2 dans les notices techniques), e étant la base du logarithme népérien (e=2,718...). Entre le diamètre extérieur noté Do et le diamètre gaussien noté Dg, le rapport (Do /Dg) = ao est appelé par la présente invention rapport de troncature pour marquer le fait que le diamètre extérieur du faisceau est volontairement limité, tronqué, là où l'intensité n'est pas encore de- 15 venue négligeable,ceci pour des raisons techniques de fabrication notamment pour limiter l'apparition de nombreux modes d'ordre supérieur, qui sont des destructeurs de l'efficacité en dispersant l'énergie enlevée au mode fondamental,et qui règnent dans les régions périphériques éloignées de l'axe du faisceau. Le faisceau laser, en tant qu'outil utilisé dans le processus d'usinage, pour produire son effi-20 cacité, doit subir des étapes de transformation, qui peuvent se classer, selon la présente invention, en deux catégories. La première catégorie de transformations sont des transformations purement géométriques qui n'affectent en rien la structure optique du faisceau, telles que changement de diamètre du faisceau à l'aide, par exemple, des dispositifs télescopiques, ou transport de faisceau à l'aide 25 de renvois par miroirs plans ( ici il n'y a pas de modification des chemins optiques relatifs entre les rayons qui composent le faisceau, ce dernier subit seulement un déplacement d'en-semble, ce qui n'affecte en rien ses propriétés optiques). La deuxième catégorie de transformation est décisive ; elle aboutit à la modification de la structure d'onde du faisceau incident (1) , notamment en introduisant une différence de mar- 30 che optique, mathématiquement organisée, entre les différents rayons de lumière laser constitutifs du faisceau laser en faisant traverser par ce dernier un dispositif focalisant tel qu'une lentille ou un miroir à surface courbe, sphérique ou parabolique par exemple, ou une combinaison construite à partir de ces derniers. Il peut arriver que l'action de focalisation se fait en plusieurs étages de focalisations successi- 35 ves à l'aide de tout un train de dispositifs focalisants. Mais quelque soit le nombre d'étages de focalisations, seule l'action du dernier étage est déterminante, elle est caractérisée par la va-leur de son angle d'attaque focal Oo formé par l'axe optique focal et le rayon marginal extéieur QA" de la figure (Fig. 5) s'appuyant sur la circonférence de diamètre Do inscrite dans le 2903923 17 contour extérieur du faisceau qui vient juste de quitter ledit dernier étage. Par conséquent et pour ne pas alourdir la présente description il ne sera question que d'un seul étage de focalisation et d'un seul dispositif focalisant, qui sera désigné par le terme générique " lentille " mis entre guillemets, sans que celà restreigne en quoi que ce soit la généralité. L'angle d'attaque 5 focal eo, exprimé en radian, est calculé par la formule suivante : eo = Do /(2•f) où Do est le diamètre extérieur du faisceau laser et f' est la distance focale effective du système faisceau-"lentille" définie par : 1/f'=1/f-1/R 10 où f est la distance focale de la "lentille" et R est le rayon de courbure algébrique du front d'on-de du faisceau laser (1) juste en amont immédiat de la "lentille" (2), R étant convenu positif lorsque ledit front d'onde tourne sa convexité dans le sens de la propagation de la lumière laser, c'est à dire pour être plus précis que l'onde est divergente dans le sens de la propagation de la lumière laser, et négatif dans le cas contraire. 15 On peut remarquer que dans le cas particulier assez fréquent où ledit front d'onde considéré est plan avec une valeur infiniment grande de son rayon de courbure R, la distance focale effective f' coïncide avec la distance focale f. Le système classique utilise le concept de rapport focal, " focal ratio " selon la littérature anglo saxonne ou nombre d'ouverture selon la littérature de langue française, défini par le rapport 20 f /Do ; on parle de f /X , cela signifie que X = f /Do. Quelques valeurs courantes de la pratique industrielle en usinage laser entre f /4 et f /7, constituent un "kit " opérationnel préconisé par les experts; on peut les retrouver par exemple dans le livre intitulé " Laser welding " de W.W. Duley déjà cité, édité en 1999. Il est important de souligner que ledit rapport focal est un concept de l'optique des images et de la photographie et qu'il est inapte à résoudre leproblémati-25 tique de l'usinage laser comme le révèle la suite du présent exposé. La caractéristique constituante du système faisceau-lentille" est le paramètre fondamental de structure instrumental bo, mesuré en radian par centimètre, défini par : bo = n • (9o) 2 /À où À est la longueur d'onde du faisceau laser en centimètre. Dans le cas particulier du faisceau gaussien, la présente invention utilise aussi le paramètre 30 dérivé bg nommé paramètre fondamental gaussien de structure instrumental, défini par : bg = n • (0g) 2 /À = bo /(ao) 2 où eo /eg = Do /Dg = ao Le paramètre fondamental bo est un instrument qui porte en lui deux caractères contradictoires; en effet, bo se trouve en facteur dans l'expression mathématique de la fonction Io de l'intensité unitaire, qui est formée par le produit de bo et d'une fonction rapidement décroissante 35 du déphasage longitudinal bo•z qui détruit le caractère bénéfique de bo d'autant plus fortement que ledit déphasage bo•z est plus fort, z étant la distance entre le plan transversal où lo est évaluée et le point focal effectif F, (z étant positif ou négatif selon que ledit plan transversal considéré est en amont ou en aval par rapport au point focal effectif F ).Bénéfique quand il est 2903923 18 grand et néfaste quand il est grand aussi parce qu'il provoque un dphasage bo-L rapidement excessif, bo est un instrument hautement contradictoire qui nécessite l'élaboration d'une loi de fonctionnement cohérente optimale, laquelle est l'objet central de la présente invention. Indéniablement en ne considérant que le plan focal, toutes les caractéristiques énergétiques 5 telles que Io, Po et Po /A relatives à ce plan, sont d'autant plus fortes que la valeur de bo est plus forte. La valeur de bo caractérise la "force" de focalisation : un faisceau est dit plus forte-ment ou moins fortement focalisé suivant que bo a une valeur plus forte ou moins forte. L'état de la technique est caractérisé par la forte focalisation inconditionnelle, l'exposé mathématique qui va suivre un peu plus loin permet d'en mesurer toutes les conséquences et de corn- 10 prendre la cause de défaillance du système classique. En même temps que du paramètre de déphasage longitudinal unitaire bo , les propriétés optiques et énergétiques du faisceau focalisé (3) dans le champ de phase focal (4) dépendent d'-un autre paramètre noté 5 , exprimé en radian et nommé par la présente invention phase transversale ou demi diamètre optique du cercle. 15 Soit considéré, situé dans un plan transversal (un plan transversal est un plan orthogonal à l'-axe optique focal ) au voisinage du point focal effectif F et centré sur l'axe optique, un cercle de demi diamètre r, [3 est défini par la formule suivante : 5 = 2.n.eo -r /A où À. est la longueur d'onde du faisceau laser exprimée en cm. De cette définition et de la définition de bo il découte la relation utile suivante : 20 n-r2 =/2)2.À/bo Le couple de paramètre (bo ; 5) permet d'apporter une précision supplémentaire concernant le demi diamètre optique [3 de la tâche d'impact pour la découpe laser ainsi que la puissance d'action unitaire Po /A, ce qui permet une première vue sur la différence caractérisée entre la présente invention et le système classique. 25 D'abord, il y a à noter une propriété générale que voici : Dans un plan transversal peu déphasé par rapport au point focal effectif F, ce qui est le cas lorsque le déphasage logitudinal dudit plan transversal ne dépasse pas quelques dixièmes de radian, toutes les propriétés optiques et énergétiques, comme il se confirme mathématique-ment dans le présent exposé, sont très peu différentes de celles régnant dans le plan focal ef- 30 fectif. Ceci étant dit, du fait que fondamentalement et de façon caractérisée le champ de phase focal (4) d'épaisseur géométrique L de la présente invention a une épaisseur optique bo-L ( mesurée en radian) limitée et fixée quelque soit la valeur de L qui varie selon les besoins, il résulte que les valeurs de bo utilisées dans la présente invention sont plutôt faibles contrairement à 35 la conception classique régie par le concept de forte focalisation inconditionnelle qui veut que les valeurs de bo soient aussi fortes que possibles. De là deux aspects radicalement différents s'offrent à l'analyse objective portant sur la coupe laser d'une plaque d'une épaisseur L réalisée d'un côté par la présente invention et de l'autre 2903923 19 par le système classique (en ne considérant que les épaisseurs L suffisamment modérées pour que le système classique soit capable de les couper) : - De par la caractéristique fondamentale de la présente invention, la réalisation effective de la coupe est telle que c'est le seuil de P' /A nécessaire à la réalisation de la fin de la coupe (c'est 5 à dire la mise en fusion de la dernière couche de métal au fond du tunnel de coupe) qui sert de seuil de référence pour la coupe. Une autre conséquence effective résultant de la présente caractéristique fondamentale est que la différence, entre les deux puissances d'actions P' /A d'une part du plan transversal d'entrée de la coupe (début de la coupe) où la puissance d'action est la plus forte et d'autre part du plan transversal de sortie de coupe (fin de la coupe) où 10 la puissance d'action est la plus faible, est modérée, le rapport de la plus forte à la plus faible étant de l'ordre de 32 contre 25, soit un rapport de 1,28 environ. D'où il résulte qu'au plus bas régime de fonctionnement c'est à dire utilisant une valeur minimale de puissance de faisceau tout juste suffisante pour réaliser la coupe, la valeur de la puissance d'action la plus élevée n'est que très modérément au dessus du seuil de fusion du métal sous la tâche d'impact du 15 plan transversal d'entrée de la coupe. Ceci implique que l'étendue de dureté énergétique assurée de la tâche d'impact de coupe du plan transversal d'entrée est nécessairement resserrée autour du disque d'impact d'extension minimale dont le demi diamètre optique 13m, pour la valeur duquel la fonction Po /A a atteint sa valeur maximale, est de l'ordre de 2,5 radians pour un faisceau gaussien et est de l'ordre de 2,1 radians pour un faisceau à structure spatiale 20 uniforme ( les calculs sur lesquels sont fondées les conclusions présentées sont consignés dans les tableaux T.6 et T.7 et sont illustrés par les figures Fig.6 et Fig.7 ). Le demi diamètre optique p de la tâche d'impact du plan transversal d'entrée est de l'ordre de 2,8 radian pour un fisceau gaussien ( pour un faisceau à structure spatiale uniforme (3 est de 2,4 radian environ). A l'intérieur de ladite tâche d'impact la puissance unitaire accumulée qui est une fonction 25 croissante de R est de l'ordre de 82% pour un faisceau gaussien et est de l'ordre de 73% pour un faisceau à structure spatiale uniforme. - Par contraste, dans le cas du système classique, entre le plan transversal d'entrée de la coupe (du début de la coupe ) et le plan transversal de la fin de la coupe, la différence entre les deux valeurs de la puissance d'action, entre la plus forte et la plus faible, est énorme 30 comme cela est établi mathématiquement dans cet exposé - il faut souligner que ladite énormité a plutôt échappé au contrôle du concepteur classique et qu'il l'ignore objectivement ; il en résulte que la valeur de la puissance d'action dans la tâche d'impact du plan transversal d'entrée de la coupe est très très au dessus, trois à quatre fois au dessus de la valeur minimale requise à la mise en fusion du métal sous la tâche d'impact. ( C'est ce qui explique pour- 35 quoi le système classique paraît si impressinnant en offrant le spectacle merveilleur d'une coupe quasi instantanée très rapide des tôles fines de quelques petits millimètres d'épaisseur, lors des démonstration de coupe dans les foires industrielles ). Dans ces conditions, le demi diamètre optique 13, qui est exprimé en radian, de la tâche d'impact de coupe classique dans 2903923 20 le plan transversal d'entrée de la coupe est plus grand que dans le cas de la présente invention parce que la puissance qui y est injectée qui est une fonction croissante de p est plus grande dans le système classique que dans la présente invention; la valeur de p classi- que est de l'ordre de 3,6 radian pour un faisceau gaussien avec une valeur correspondante de 5 la puissance unitaire Po de l'ordre de 94%. (la dimension géométrique de la tâche d'impact classique par contre est généralement de plusieurs fois plus réduite que dans le cas de la présente invention ). La valeur de l'intensité classique dans la tâche focale est plus impressionnante encore, sa valeur mesurée sur l'axe focal peut atteindre, dans certains cas, dix fois voire davantage celle adoptée ( sciemment) par le système de la présente invention. 10 Mais, le système classique est bâti sur l'illusion de perfection, car les caractéristiques énergétiques classiques de la coupe ci-dessus présentée qui sont apparemment très impressionnantes ne le sont que dans le plan d'entrée de la coupe et jusqu'à une pronfondeur de l'ordre de la limite nucléaire focale et doivent s'auto-détruire, selon l'exposé mathématique qui va suivre, dans le tunnel de coupe creusé à travers les plaques d'épaisseurs plus grandes, lequel 15 soulève un problème nouveau de compatibilité géométrico ondulatoire : le système classique y a généré un artéfact destructurant pour le faisceau sur une partie majeure dudit tunnel. La solution optimale satisfaisant à la contrainte géométrico ondulatoire qui est la loi de synthèse des contradictions de la focalisation, engendrées par l'utilisation du paramètre fonda-mental de structure instrumentale bo, qui consiste, d'après un choix optimal des valeurs de I'- 20 épaisseur optique du champ de phase focal (4) à l'aide de l'analyse mathématique systématique qui va suivre, à fixer la valeur de ladite épaisseur optique (po quelle que soit la valeur de l'épaisseur géométrique L dudit champ de phase focal (4) par l'adaptation du moyen instrumental bo de telle façon que soit satisfaite l'égalité bo•L=(po, crée une propriété géométrique inhérente originale da la tâche d'impact tout le long de l'épaisseur L du champ de phase focal 25 (4) selon la formule suivante : rt - A' = (p /2) 4 • À /bo = (p /2)' • (À • L) /(po (où (po a une valeur modérée fixe ) II apparaît que l'aire rtA` de la tâche d'impact est proportionnelle à l'épaisseur géométrique L du champ de phase focal (4). Cette propriété de la présente invention permet d'utiliser L comme un jeu paramétrique afin d'obtenir la valeur voulue de l'aire rtA2 de la tâche d'impact dans 30 le cas du traitement de surface alors que dans le cas de la coupe l'épaisseur L du champ de phase focal (4) doit être prise égale à l'épaisseur de la plaque à couper. Remarque : il existe une petite différence entre le traitement de surface et l'usinage pénétrant comme la coupe; en traitement de surface, d'une part, comme le faisceau travaille en espace libre et que la valeur de si)o est très modérée, 13 est constant d'un plan transversal à l'autre sur 35 l'épaisseur L du champ focal (4), d'autre part le traitement de surface est libéré de l'exigence de dureté énergétique imposée par la coupe à la tâche d'impact pour n'être astreint qu'à la seule exigence de répartition régulière d'énergie dans la tâche d'impact si bien que la valeur de l3 peut être légèrement plus grande que pour la coupe; 13 est étendu à 3,2 radians pour le 2903923 21 traitement de surface au lieu de 2,8 radians pour la tâche d'impact d'entrée de la coupe où en réalité la valeur de i3 diminue régulièrement, depuis l'entrée du tunnel jusqu'à la sortie, de 2, 8 radians pour l'entrée à 1,75 radians eviron pour la sortie, ceci pour le cas d'un faisceau gaussien; ce dernier point sera mieux éclairci au moment de la présentation mathématique un peu 5 plus loin, sachant pour l'instant que dans le tunnel le cheminement du faisceau est soumis à de multiples contraintes qui ont pour résultat la diminution de la concentration de la puissance unitaire dans la tâche d'impact, même dans le meilleur des cas qu'est celui de la présente invention. Par contraste, la tâche d'impact du système classique est figée une fois pour toutes parce qu' 10 on a choisi de fixer bo une fois pour toutes puisque ce paramètre fondamental est standardisé sous la forme d'un " kit opérationnel " de deux trois valeurs ( une machine laser est couramment livrée avec une paire de lentille de 5 "pouces" et de 7,5 "pouces", soit de 12,7 cm et de 19,05 cm de distance focale ). L'état de la technique classique en matière d'usinage laser hérite de l'ensemble des techni- 15 ques de l'optique des images. Cette optique des images est poussée à la perfection, autant que faire se peut. Mais, c'est exactement cette perfection transposée tel quel dans l'usinage laser qui cause la défaillance du système classique car l'usinage laser impose un problème supplémentaire de compatibilité (exposé plus loin) qui détruit la cohérence du concept transporté. 20 En effet, l'état de la technique est arrivé au sommet de son art dans le sens qu'il ne peut plus progresser sans se remettre en question, c'est à dire sans renoncer à son critère absolu qu'-est la forte focalisation inconditionnelle résumé dans cette phrase " d'expert " : " ce qui compte c"est la puissance spécique focale; il suffit d'avoir une bonne lentille ". En réalité, les spécialistes du laser se soucient beaucoup de l'aberration sphérique avec une 25 raison qui est profondément spécifique du système classique parce que le paramètre fonda-mental bo classique est très grand ( l'exposé mathématique quelques pages plus loin montre clairement le lien entre l'aberration sphérique et les grandes valeurs de bo) ; dans ce contexte, " bonne lentille " signifie lentille dépourvue ou corrigée de l'aberration sphérique. Les capacités de coupe ( exprimées en épaisseur des plaques de métal coupées ) des laser 30 de puissance sont restées stagnantes et décevantes de façon incompréhensible, malgré les efforts d'ingéniosités des techniciens pour dépasser le niveau actuel. L'imagination ne man-que pas : réflectivité trop grande du métal; aberration sphérique du systéme optique; défauts du faisceau; mauvaise qualité des modes, etc..., ce sont là autant de questions soulevées et traitées par le système classique sur lesquelles on ne cesse de lancer des vagues successi- 35 ves de nouvelles idées d'essai. Mais aucun des problèmes visés n'est le véritable problème déterminant qui permet de résoudre l'état de bloquage actuel de l'usinage laser. La coupe de l'aluminium est un exemple très illustratif, l'épaisseur de coupe proposée par la totalité des fournisseurs et fabricants de machines laser est faible : une petite dizaine de milli-2903923 22 mètres; la capacité de coupe de l'inox est un peu plus grande, de l'ordre de vingt petits millimètres alors que celle de l'acier de construction, qui bénéficie de l'usage de l'apport d'énergie de la combustion de l'oxygène par réaction d'oxydation sur l'acier, n'est guère beaucoup plus grande, de l'ordre de trente millimètres pour une puissance de faisceau comprise entre trois et 5 quatre kilowatt en continu, la même pour les trois exemples présentés. De plus la capacité de coupe est quasi bloquée à partir de là, car en doublant la puissance de faisceau on ne peut espérer le doublement de la capacité de coupe, parce qu'aucun foumiseur de machine ne l'a proposé ni n'a montré d'exemple dans ce sens. Or, tous ces faits peuvent être expliqués par l'analyse mathématique élaborée par la présente invention qui conclut à l'effondrement du 10 faisceau classique au fur et à mesure de sa progression dans le tunnel de coupe, entraînant la chute des valeurs des caractéristiques énergétiques et en particulier de la puissance d'action P'IA, ( dont la valeur exigée selon (EQ.RPA Bis) est très élevée pour l'alluminium et est beaucoup moins élevée pour l'acier de construction ), à décroissance si rapide qu'il n'est ni possible ni utile de la redresser en doublant la puissance du faisceau. Avant de présenter le 15 calcul mathématique dont la précision est nécessaire à la compréhension et de la présente invention et de l'état de la technique, il est utile d'examiner les réalisations de ce dernier. Les machines laser actuelles sont dotées des dispositifs de visée et de régulation automatique qui permettent des possibilités techniques suivantes : - précision et stabilité de positionnement du point focal, à un dixième de millimètre près. 20 - excellent alignement des miroirs. -montage ou démontage des lentilles ultra rapide, qui sont standardisées. -excellent alignement de l'axe optique du faisceau vis à vis de la cible. Les progrès de la robotique mécanique permettent des mouvements relatifs pièce-faisceau, à la fois rapides et complets dans toutes les directions, de façon qu'en déplaçant la pièce relati- 25 vement au faisceau, on peut obtenir la coupe de la pièce selon la figure géométrique voulue. Dans ces mouvements relatifs, aussi compliqués soient-ils, tout se passe comme si le faisceau, la "lentille" et la tâche d'impact restent fixes dans l'espace et c'est la pièce qui se déplace pour se présenter à l'endroit désigné du point d'impact laser. L'étude présentée à la première question concernant le temps de réaction de la matière solide 30 sollicitée par l'impact du faisceau laser a montré qu'un trou se fait en un temps de quelques millisecondes, selon la nature du métal. Les techniques d'éjection et d'évacuation de la matière fondue par injection de gaz sous pression amené à travers d'une buse, appelée tête de coupe ou tête laser, coaxiale à l'axe optique du faisceau, sont tout à fait au point, de façon que le faisceau dans le tunnel creusé ( une cou- 35 pe de métal consiste à percer un micro tunnel dans le métal accompagné du déplacement relatif de la pièce métallique par rapport au faisceau selon une ligne désignée), reste à chaque instant en contact avec la matière solide à fondre sous son impact, les résidus liquides de fusion étant instantanément évacués. 2903923 23 La différence entre la présente invention et le système classique est totale, qui se répercute jusque dans le mode d'emploi du gaz d'assistance. En effet, contrairement à la présente invention qui, pour fonctionner, n'a pas besoin d'apport d'énergie extérieure de quelque origine que ce soit, et pour laquelle l'emploi du jet de gaz est 5 strictement dans la fonction naturelle et légitime d'évacuateur mécanique de résidus gênants provenant de la fusion du métal, le système classique utilise le gaz d'assistance pour pallier son inefficacité fondamentale : En plus du rôle mécanique d'éjection et d'évacuation des résidus liquides de fusion, certains gaz chimiquement réactifs vis à vis du métal, comme l'oxygène, sont utilisés par le système 10 classique dans la coupe de l'acier doux afin que l'énergie dégagée de la réaction exothermique d'oxydo-combustion vienne compléter la puissance d'action du faisceau laser qui diminue rapidement au fur et à mesure que le faisceau progresse dans le tunnel de coupe. L'effet de cet oxydo procédé n'est pas une multiplication de l'épaisseur de coupe mais seule-ment consiste à donner tout au plus un petit centimètre d'épaisseur supplémentaire, et ne 15 résout pas le problème de son incapacité fondamentale car au-delà d'une certaine longueur de tunnel la puissance d'action est tellement diminuée pour devenir simplement insuffisante pour initier la réaction chimique d'oxydo-combustion entre l'oxygène et l'acier considéré. (La diminution des valeurs des caractéristiques énergétiques du système classique à l'intérieur du tunnel de coupe est expliqué mathématiquement dans le présent exposé; voir par exemple 20 le tableau T.11). D'autre part cet oxydo procédé est beaucoup moins efficace sur l'acier inoxydable, car pour que ce dernier s'oxyde, il faut d'abord le porter à une température élevée (de l'ordre de mille dégré celsius pour certaine catégorie d'inox ); or, au-delà d'une certaine épaisseur, la puissance d'action du système classique devienne insuffisante par rapport à la valeur requise 25 pour cet effet. Mais recourir à l'oxydation dans le cas de l'inox est une mesure qui heurte le bon sens, car il ne faut pas oublier que l'inox est un métal qu'on a, à grand frais, rendu inoxydable dans le but de le protéger. Ceci montre clairement que le système classique est un enchaînement d'incohérences causé par le manque de perception du vrai problème. 30 Une autre fonction pour laquelle le jet de gaz est utilisé par le système classique dans la dé-coupe laser est sa fonction de transporteur de chaleur par convection gazeuse à l'intérieur du tunnel de coupe, d'amont en aval. En effet, lorsque le gaz n'est pas utilisé comme réactif chimique, comme c'est le cas de l'azote qui ne présente pas d'affinité chimique avec certains métaux coupés, il est alors utilisé 35 sous très haute pression ( dix à quinze bars ), à un niveau beaucoup plus élevé que le niveau nécessaire et suffisant pour remplir sa fonction de simple évacuateur par éjection mécanique des résidus liquides de fusion. Ledit surcroît de pression cache une raison objective facile à identifier : c'est que la quantité de chaleur transportée par convection gazeuse, récupérée par 2903923 24 le passage du gaz, est proportionnelle au débit de I"écoulement gazeux injecté lequel à son tour est proportionnel à la pression du gaz utilisé. C'est cette fonction de transporteur de chaleur par convection gazeuse qui a contribué au facteur y9, évoqué à la fin de la première question. En réalité, le faisceau classique dépose beau- 5 coup de chaleur sur les parois du tunnel, la quantité de chaleur perdue sur les parois va en croissant au fur et à mesure de la progression du faisceau dans le tunnel. La cause en est la divergence du faisceau dûe aux déphasages relatifs entre les rayons constitutifs du faisceau, agravés par le problématique géométrico ondulatoire de la propagation du faisceau à l'intérieur du tunnel, à tel point que la part de la puissance concentrée dans l'axe optique au droit de la 10 tâche d'impact au fond du tunnel diminue en faveur de celle qui va sur les parois. Mais l'efficacité de récupération de la chaleur par convection gazeuse est dérisoirement limitée, car la dispersion dans la masse métallique de la chaleur déposée sur les parois par conduction thermique , laquelle est assurée par les électrons dont la densité et la vitesse thermique sont incomparablement très supérieures à la densité et à la vitesse du gaz injecté, rend 15 dérisoire la part de la chaleur récupérée par convection gazeuse. Ces techniques d'appoint, l'oxydo-combustion polluante et dégradante pour le métal coupé et la convection gazeuse haute pression qui n'est ni efficace ni rentable, ces techniques encombrantes qui ont servi jusqu'à maintenant pour pallier la défaillance du système classique per-dent leur utilité et seront abandonnées par les professionnels du métier dès que ces derniers 20 auront fait connaissance et mesuré l'efficacité de la présente invention. Enfin, les réalisations les plus importantes portent sur les résonateurs, ce qui a pour résultat la diminution de la divergence intrinsèque du faisceau sortant du tube laser, si bien que les lasers de bonne qualité existent, atteignant la divergence minimale quasi limite par rapport à la prévision théorique, la limite prévue par la théorie étant connue sous le nom " limite de dif- 25 fraction ". Les lasers de puissance moyenne jusqu'à six kilowatt en continu sont généralement de type dit " stable ", dont le mode fondamental est une fonction gaussienne. Les faisceaux de puissance plus élevée à partir de huit kilowatt en continu sont généralement de type dit " instable " dont le mode fondamental est une fonction uniforme c'est à dire cons- 30 tante spatialement, présentant dans certains cas une section transversale partiellement rem-plie de forme annulaire c'est à dire que la fonction d'amplitude a la forme suivante : f(r) = Fo si ri < r < r2 et f(r) = 0 si r < ri où Fo est une constante. r étant la distance à l'axe optique du faisceau laser d'un point de ladite section transversale. Ici comme ailleurs le diamètre du faisceau est le diamètre extérieur Do =2.r2. 35 Plus généralement, un faisceau est dit partiellement rempli si son amplitude est nulle en certains domaines entiers à l'intérieur du disque de diamètre Do de la section transversale; il est dit plein dans le cas contraire où f(r) e 0

pour r < Do /2. Les travaux de recherche et les expériences acquises sur les résonateurs ont conduit à la 2903923 25 stadardisation des diamètres des faisceaux laser des deux types, stable et instable, pleins ou partiellement remplis, en fonction croissante des puissances des faisceaux. L'industrie de la machine outil laser a ceci de particulier que fabricants et fournisseurs de machines proposent aussi le savoir faire à leur clientèle. Les recherches puissamment finan- 5 cées sous leur impulsion , conjointement menées dans les centres industriels et universitaires ont conduit à la standardisation des distances focales. La double standardisation des diamètres des faisceaux et des distances focales, équivaut à la standardisation du rapport focal et par voie de conséquence du paramètre bo , qui est le para-mètre fondamental de la présente invention . Ces valeurs standardisées sont consignées 10 dans le tableau T.2 . Pour comprendre le système classique, il est nécessaire de comprendre la base conceptuelle du choix desdites valeurs standardisées. En effet, dans le système de l'optique classique, qui est l'optique de l'image, de l'image qu'on a l'habitude de fixer dans un plan tel une plaque photographique, de l'image voulue parfaite que l'on s'applique à rendre aussi semblable que possible à l'objet, la qualité recherchée et 15 exigée du système optique consiste en ce que l'image d'un point soit une tâche quasi ponctuelle aussi réduite que possible, à défaut d'être un point , ce qui est impossible à cause de la diffraction ; dans ce contexte les défauts à combattre sont la diffraction et l'aberration sphérique, et on n'a pas à se soucier du déphasage dû à la défocalisation puisque, du point de vue du concepteur classique, il n'y a pas de problème de défocalisation dès lors que l'on sait bien 20 viser, bien focaliser ( au dixième de millimètre près ). Dans ce système, puisque le rapport focal est proportionnel au demi diamètre géométrique de la tâche de diffraction, alors réduire la diffraction, c'est réduire le rapport focal. C'est pour cette raison fondamentale que le rapport focal est voulu par le système classique aussi petit que possible, dans la limite tolérable vis à vis de l'aberration sphérique. 25 C'est ce système, tel qu'il vient d'être résumé, caractérisé par un rapport focal aussi réduit que possible (et de façon équivalente par une valeur de bo aussi grande que possible ) qui est intégralement transposé à la technique de l'usinage laser. Mais, du point de vue de la présente invention ( pour laquelle la loi de la diffraction est une donnée fondamentale de l'optique qu'il n'y a aucune raison ni nécessité de combattre) , en 30 usinage pénétrant comme en découpe laser, la solution ne se réduit pas à concentrer le faisceau dans une tâche focale aussi réduite que possible, en y injectant le plus de puissance possible avec une intensité et une puissance d'action aussi élevées que possible. En effet, pour réaliser son critère de tâche focale réduite inconditionnelle, le système classique utilise une valeur très élevée du paramètre fondamental bo (= rt eo 2 /À ), qui est la phase 35longitudinale unitaire en radian par cm , qui est la mesure du déphasage relatif en radian entre les rayons de lumière laser composant le faisceau pour un centimètre d'épaisseur du champ de phase focal (4) . Or, au fur et à mesure que le tunnel se creuse, le plan transversal portant la tâche d'impact se déplace dans ce dernier , la distance z de défocalisation dudit plan 2903923 26 d'impact par rapport au point focal effectif augmente, ce qui augmente le déphasage bo-z, d'-autant plus rapidement que la valeur de bo est plus grande. Or, ledit déphasage très vite notable dans le système classique à cause de la très grande valeur du paramètre bo classique entraîne une baisse notable de toutes les caractéristiques énergétiques unitaires Po, Po /A et 5 Io dans la tâche d'impact du plan transversal considéré, lesquelles deviennent vite trop faibles pour être utilisables au delà d'une certaine valeur de z, c'est à dire au delà d'une certaine longueur de tunnel de coupe, ce qui explique la faible capacité ( exprimée en épaisseur) de coupe du système classique. La réalisation classique suivante reste vaine : en effet, certains s'imaginent de faire suivre la 10 localisation du point focal effectif à l'intérieur du tunnel de coupe, ( notamment à l'aide d'un dispositif motorisé commandé par un programme) , dans l'espoir - qui s'avère illusoire - que se transporte tel quel à l'intérieur du tunnel la performance constatée sur le disque d'entrée. Or, il se démontre mathématiquement dans le présent exposé qu'il est vain de chercher à corriger les effets du déphasage en faisant pénétrer la localisation du point focal effectif dans 15 le tunnel, car le tunnel creusé par le faisceau classique engendre une incompatibilité géométrico ondulatoire pour la propagation du faisceau classique, ladite incompatibilité ayant pour résultat d'agraver le déphasage au lieu de le diminuer. En effet, en voici un aperçu rapide en attendant une démonstration mathématique plus détaillée donnée un peu plus loin lorsque les éléments nécessaires sont réunis (à la page 47) : 20 Le cône de rayons de lumière laser qui composent le faisceau, venant en lignes droites s'appuyant d'une part sur l'ouverture QQ' (de diamètre Do) du faisceau au niveau de la "lentille" et d'autre part sur l'ouverture EE' de diamètre 2r à l'entrée du tunnel de coupe (on doit se rapporter à la figure Fig.4), ne pénètre dans ce dernier que sur une profondeur I, qui est la hauteur du cône NEE' de la figure Fig.4, liée par la relation suivante : 25 r il =Do /2f=eo 13 /I =2bo 1= R /2bo où p. =2rtreo /À f' étant la distance focale effective, eo l'angle d'attaque focal du système faisceau-"lentille" et À la longueur d'onde (exprimée en centimètre) du faisceau laser. Pour un faisceau gaussien utilisé dans le système classique, p est de l'ordre de 3,6 radians, ce qui fait : 30 I = 1,8 Ibo alors que la limite nucléaire focale Lo est définie par : Lo=1,4 Ibo. soit, pour deux exemples tout à fait représentatifs du système classique : 1=0,25 centimètre pour bg =4,6 radian par centimètre. I =0,175 centimètre pour bg =6,6 radian par centimètre. bg et bo étant liés par : bo = ao'• bg ; ao étant le rapport de troncature du faisceau gatfs en 35 défini par : ao = Do /Dg ; ao est de l'ordre de 1,25. C'est seulement dans le petit bout de cône NEE' (Fig.4) que le champ de phase du système faisceau-"lentille" n'est pas déformé par la présence du tunnel de coupe. Pour les autres régions du tunnel en dehors de ce petit bout de cône, le faisceau du système classique ne peut 2903923 27 y accéder qu'en faisant des réflexions multiples sur les parois du tunnel, c'est à dire qu'il y effectue des trajets en zigzags qui sont en général vrillants compliqués quand lesdits trajets relient deux points situés dans deux plans méridiens différents -un plan méridien par définition est un plan qui passe par l'axe optique focal du système faisceau-"lentille". Il va sans dire que 5 lesdits trajets en zigzags vrillants agravent le déphasage par rapport au type de déphasage minimal qui se produirait à l'espace libre d'accès, notamment en l'absence du tunnel. La présente invention enseigne que ce type de déphasage agravé est dû à l'incompatibilité géométrico ondulatoire entre le faisceau classique et le tunnel classique dont le diamètre géométrique trop réduit déforme inévitablement la fonction de phase du faisceau qui s'y propage. 10 Dès lors, lorsqu'on tente de faire pénétrer la position du point focal effectif dans le tunnel de coupe au delà du cône NEE' de la figure Fig.4, le plan transversal portant la position du point focal effectif a perdu les propriétés optiques que devrait possédér le plan focal effectif si ce dernier était librement accessible en lignes droites aux rayons de lumière laser composants du faisceau,car du fait des déphasages agravés dûs à l'incompatibilité géométrico ondulatoire, 15 les rayons de lumière laser composant le faisceau n'arrivent plus en phase dans le plan transversal considéré, lequel par conséquent ne garde de focal que l'homonyme, vidé complète-ment de sa signification physique substantielle. En conclusion, il est impossible de corriger les défauts d'incompatibilité géométrico ondulatoire transportés par le faisceau dès lors qu'il entre dans le tunnel de coupe dont la longueur 20 L est par trop supérieure à la limite nucléaire focale Lo qui caractérise le système classique. En traitement de surface par le système classique, la même incohérence réapparaît entraînant des mises en oeuvres techniques par trop compliquées et coûteuses. Ici, il s'agit de déposer sur la surface métallique l'énergie laser selon une certaine étendue. Il n'y a plus d'exigence de dureté énergétique, ni de tunnel à creuser pour le faisceau, mais on 25 souhaite que la distribution d'énergie dans la tâche d'impact soit régulière. Pour cet effet, le système classique utilise l'une des trois méthodes suivantes. Selon la première méthode, on défocalise le plan d'impact, c'est à dire en éloignant le plan d'impact du plan focal effectif, pour que la tâche d'impact ait une dimension assez grande (on peut voir à travers le présent exposé et plus particulièrement d'après la description de la " (po 30 radian - systèmes à noyau focal " de la présente invention, qu'il est possible d'obtenir une tâche d'impact de la dimension voulue avec la qualité requise de distribution régulière d'énergie, dans le plan focal c'est à dire sans aucune nécessité de défocaliser le plan d'impact, ayant pour aire rtA 2=2,56•[À L /4ol, la valeur d'aire voulue pouvant être obtenue en " jouant " sur l'épaisseur géométrique L du noyau focal (4) dont l'épaisseur optique a une valeur fixe 4)o 35 < 1,4 rd ), la couverture de la zone désignée pour subir le traitement thermique étant en suite assurée en déplaçant ladite tâche d'impact à travers la zone considérée. Certains professionnels n'ont pas manqué de remarquer que la distribution d'énergie dans la tâche d'impact défocalisée n'est pas de bonne qualité. En voici l'explication : la limite nuclé- 2903923 28 aire focale qui caractérise le faisceau classique etant par trop inférieure à la distance z de dé-focalisation nécessaire pour obtenir une dimension assez grande de la tâche d'impact, ce qui entraîne un grand déphasage longitudinal bo.z, la distribution d'énergie dans la tâche d'impact défocalisée se dégrade, la dégradation étant d'autant plus grande que le déphasage longitudi- 5 nal bo.z est plus grand, d'après l'exposé mathématique qui va suivre. Selon la deuxième méthode, la tâche d'impact coïncide avec le plan focal mais on fait en sorte que ladite tâche d'impact ne reste en un point, qui est fortement focalisé, que pendant une faible fraction de milliseconde afin d'éviter la brûlure quand elle n'est pas désirée et de la faire déplacer très vite selon une certaine figure fermée ( telle que la figure de Lissajou par 10 exemple), laquelle figure fermée est décrite avec une fréquence élevée de l'ordre du kilohertz dans le but d'effectuer un balayage de la zone désignée pour recevoir le traitement thermique. La troisième méthode classique est une transformation géométrique non focalisante ayant pour but de changer le diamètre du faisceau laser. Elle consiste à faire passer le faisceau laser dans un dispositif télescopique qui le transforme en un faisceau parallèle ayant le diamè- 15 tre de la tâche d'impact désiré, lequel est directement dirigée sous incidence normale sur la surface désignée pour recevoir le traitement thermique laser. La présente invention ne fait ici qu'une remarque : dans l'utilisation énergétique du laser,moins il y a d'interfaces, moins il y a perte d'énergie; alors qu'une lentille élémentaire comporte deux interfaces avec le faisceau laser, un dispositif télescopique en présente au moins quatre. 20 La mise en oeuvre "optimale" du concept classique de la tâche focale réduite inconditionnelle, dans la limite tôlérable des aberrations sphériques, a forgé une petite collection standard de " bonnes valeurs " pour le paramètre fondamental de structure instrumentale bo défini par : bo = n-(6o) _/À où À est la longueur d'onde (en cm) du faisceau laser et où eo est l'angle d'attaque focal (en radian) du système faisceau - "lentille" qui est l'angle formé par un rayon mar25 ginal QA" ( voir figure Fig.5) avec l'axe optique focal OF. II se trouve que la plus petite valeur classique du paramètre bo est de 6,6 radian par centimètre, que de façon équivalente la plus grande limite nucléaire focale Loo du système classique est Loo = 1,4 /bo =1,4 /6,6 = 0,212 centimètre, soit 2,12 millimètres. Tableau T.2 J P (en kw) 1 2,2 1 3,5 ( 2,2 I 3,5 1 Dg (en cm) I 1.5 j 1,8 I 1,5 I 1,8 I. J Do (en cm) J 1,8 I 2, 2 I 1,8 12,2 I J Do /Da = ao 1,2 1 1,22 1 1,2 j 1,22 1 J f (en cm) 1 19,051 19,05 1 12,7 1 12,7 I 1 bg (en rd /cm) ( 4,6 1 6,6 1 10,331 14.88 I 1 bo (en rd /cm) 1 6,6 1 9,88 114,88122,231 114 /bo = Lo (mm )1 2,12 I 1,4 10,94 10,63 j Le tableau T.2 ci-dessus présente, pour la longueur d'onde À=10,6.10-4cm ( laser à CO2 ), 30 35 2903923 29 les valeurs courantes classiques de bo et de bg exprimés en radian par centimètre (rd /cm), le diamètre extérieur Do et le diamètre gaussien Dg ( nommé aussi diamètre à e-2) du faisceau laser équipant le système classique, le rapport de troncature ao=Do /Dg , la puissance P du faisceau laser en kilowatt ( kw), la distance focale f en centimètre (cm) et la limite nucléaire 5 focale Lo définie par Lo=1,4 /bo en cm (14 /bo mm ). Les quatre lignes relatives à P, Do, Dg et f sont fidèlement extraites des notices techniques de vente et de démonstration de PRC LASER. Chaque colonne constitue la structure suffisante d'une machine outil laser. Deux remarques s'imposent : Premièrement, de la définition de la limite nucléaire focale Lo = 1,4 /bo , il ressort que " tâche 10 focale réduite " équivaut à " limite nucléaire focale réduite ". Deuxièmement, il n'y a pas de meilleure caractérisation du système classique que ce fait ci : l'angle d'attaque focal eo a pratiquement le même ordre de grandeur pour la focalisation classique du faisceau laser CO2 de longueur d'onde À=10,610-4 cm que pour la focalisation du faisceau laser YAG de longueur d'onde À=1,0610-4cm dix fois plus petite si bien que les va- 15 leurs du paramètre fondamental de structure instrumentale bo pour le faisceau YAG sont dix fois plus fortes que celles du même paramètre pour le faisceau à CO2 : une valeur de l'ordre de 30 rd /cm pour bo est courante pour le YAG. Or, c'est un fait établi des professionnels que les systèmes classiques équipés du faisceau YAG ne sont pas efficaces pour la coupe. Cette dernière remarque entraîne la suivante : 20 Si le faisceau laser YAG est réputé avoir une divergence naturelle plus grande (le demi dia-mètre optique 13 de la tâche de diffraction pouvant atteindre voire dépasser 24 radians ) que le faisceau laser à CO2 , cela n'est pas la cause décisive de sa défaillance pour la coupe ; en effet, selon le point de vue de la présente invention, la cause décisive de défaillance ( comme le montre l'exposé mathématique qui suit ), c'est la trop grande valeur du déphasage bo.L , L 25 étant l'épaisseur du métal à couper. Car, selon l'analyse de la présente invention, c'est ce déphasage excessif qui détruit la possibilité pour le mode fondamental , dont la part d'énergie quoique diminuée par la compétition des modes qui en accaparent une partie importante reste à la fois importante et prépondérante , de construire ( par le jeu interférentiel des rayons de lumière laser composant le faisceau ) des caractéristiques énergétiques performantes dans le 30 tunnel qu'il lui faut creuser dans l'épaisseur de la plaque à couper. S'avère essentielle l'analyse mathématique portée sur les grandeurs de base, qui sont déterminées fondamentalement par les caractéristiques fonctionnelles (bot ; R) du faisceau focalisé (3) dans le champ de phase focal (4) , pour chaque valeur donnée du paramètre bo . Le calcul de base concerne la fonction d'amplitude et par suite la fonction d'intensi% laser en 35 chaque point de l'espace de phase focal (4). La puissance dans un disque d'impact transversal est ensuite calculée à partir de la fonction d'intensité. La base scientifique de tous les calculs impliqués dans la présente description est la théorie scalaire de diffraction dite d'Huygens-Fresnel-Kirchoff , celle-là même qui a joué un rôle 2903923 30 décisif dans la conception du résonateur laser, ladite théorie scalaire de diffraction étant applicable à chacune des deux composantes de polarisations du faisceau laser qui, de par sa nature même, est une lumière polarisée. Les éléments géométriques nécessaires à la compréhension du calcul se rapportent à la figu- 5 re Fig.5. Sur cette figure le système faisceau-"lentille" servant à l'illustration est une onde plane attaquant une lentille plan-convexe de distance focale f. La généralité du calcul n'est en rien restreinte par cette illustration particulière car un faisceau d'onde sphérique de rayon de cour-bure R attaquant une lentille de distance focale f peut parfaitement se ramener à ce cas de figure où alors f est la distance focale effective liée à f' dans la relation suivante : 10 1 If' = 1 If + 1 IR . Sur cette figure Fig.5, juste à la sortie et en aval de la lentille, le faisceau laser possède une surface d'onde QOQ' sur laquelle tous les rayons constitutifs du faisceau sont en phase. Le rayon marginal AoQA" normal à la surface d'onde QOQ' touche l'axe optique focal OF en A"( on dit que ledit rayon AoQA" converge en A" au lieu que ce soit en F ). De même, le rayon 15 moyen MoM'M" normal lui aussi à la surface d'onde QOQ' ne converge pas non plus en F mais en un point M " situé à l'intérieur du segment A"F. Ce qui vient d'être décrit à l'aide des deux rayons l'un marginal et l'autre moyen dont les points de convergence s'étalent sur le segment A"F est le phénomène d'aberration sphérique; le segment A"F est appelé "caustique axiale"; sa longueur est notée L' = A"F en vue d'un calcul ultérieur. 20 Une remarque s'impose : Etant donné que f est très grand devant L', I'angle 6o que forme le rayon marginal AoQA" avec l'axe optique focal, qui est par définition l'angle d'attaque focal, est pratiquement égal à l'angle formé par AoF avec l'axe optique focal OF, si bien qu'en présence ou en absence d'aberration sphérique Oo est une caractéristique intrinsèque du système faisceau - "lentille". 25 La fonction d'amplitude du faisceau laser sur la surface d'onde QOQ' qui est une fonction réelle est parfitement définie en chacun des points de ladite surface, comme en M' où elle est notée A(M') = A(y,w), où y=H'M' est la distance de M' à l'axe optique OF et w l'angle azimutal formé par le plan méridien de M' et le plan méridien du point M que l'on considère, soient : y=H'M'=HoMo w=(HM,H'M')=(HM,HoMo) 30 Mo est un point de la surface de la lentille tel que MoM' soit orthogonal à la surface d'onde QQ' - Ses deux coordonnées transversales y et w demeurent pratiquement inchangées lors du passage du rayon de lumière laser du point Mo de la lentille au point M' de la surface d'onde la plus proche QOQ', qui est tangente à la première . Soit considéré dans un plan transversal (orthogonal à l'axe optique OF) situé au voisinage du 35 point focal F, un point M. Soit r la distance HM de M à l'axe optique OF. Soit z une mesure algébrique dont la valeur absolue est égale à la distance HF, en convenant que z est positif si H ( donc M ) est en amont de F vis à vis du sens de propagation de la lumière laser allant de la lentille pour se diriger vers F. Soit Do le diamètre extérieur du faisceau mesuré juste à la 2903923 31 sortie de la lentille. Soit eo l'angle d'attaque focal ( eo = Do /2f en rd ), le calcul fait intervenir les paramètres bo (bo = n(6o)' /À ) qui est la phase longitudinale unitaire mesurée en rd /cm et le paramètre ri (r3=2n-r-eo /À ) qui est la phase transversale du point M ou le demi diamètre optique du cercle transversal centré sur l'axe optique OF et passant par M, mesuré en rd. 5 L'amplitude complexe notée A(M) au point M s'exprime par une intégrale double étendue à la surface d'onde QOO' dont l'aire est notée S : A(M) = 1 /(j• À) If A(M') /MM' • exp(j • k • MM') dS où j est le nombre complexe imaginaire pur tel que j2=-1 et exp est le symbole de l'exponentielle et k=2n /À, À étant la longueur d'onde exprimée en cm. 10 La fonction d'intensité en chaque point M notée I(M) exprimée en watt par centimètre carré (watt /cm a) est la première caractéristique énergétique de base d'où découlent les autres. C'est le module carré de l'amplitude complexe A(M) dont l'expression est la suivante : I(M) = A(M) I' = 1 /À a • I JJ A(M') /MM' . exp(j•k•MM') dS I' Soit t une variable positive prenant toutes les valeurs de l'intervalle [0;1] définie par : 15 y=Do/2•t=ao•t oùao=Do/2 par définition. C'est dans le développement de MM' en série de Taylor jusqu'à la quatrième puissance incluse de t qu'apparaissent le phénomène d'aberration sphérique et que se manifestent les caractéristiques structurelles et fonctionnelles du champ de phase focal (4) à travers les deux para-mètres fondamentaux de phases longitudinale unitaire bo et transversale R . 20 La fonction d'intensité I(M)=I(r,z) se précise selon la structure suivante : I(M) = I(r;z) = (Go•ao /À)' • I Jt • ABS • exp(j• bo-z- t2) dtf A(ao•t ; w) • exp(j•R•t•cosw) dw I' où l'intégrale portant sur la variable t se fait de 0 à 1 et où l'intégrale portant sur la variable angulaire w se fait de 0 à 2n ; où ABS est le terme dû à l'aberration sphérique dont l'expression est : ABS = exp(-j•L'•bo•t' /2) ; où cos est la fonction trigonométrique cosinus. 25 Pour un miroir à surface sphérique de distace focale f, L' = f • (eo)' /8. Pour une lentille de distance focale f, L' est généralement de la forme : L' = o . f [n /(n-1)P. (8o)' /2 où n est l'indice de réfraction de la lentille. (II est à noter que pour un système faisceau-lentille" de distance focale effective f où ladite "lentille" est un miroir à surface sphérique ou une lentille ci-dessus, f doit être remplacé par f.) 30 où a est un coefficient numérique dépendant de la forme de la lentille; a=1 pour une lentille plan-convexe disposée comme dans la figure Fig.5; en retournant de 180 degrés ladite lentille de la Fig.5, a=1 /3 environ, c'est la raison pour laquelle dans l'industrie ladite lentille de la Fig.5 est disposée de cette façon où précisément c'est la face convexe qui reçoit le faisceau incident dans le but évident de minimiser l'aberration sphérique. 35 Voici ce que dit un expert, auteur du livre "Laser et Industrie de transformations" délité par Lavoisier 1986, dans un petit paragraphe de la page 90, mot à mot : " Enfin, une antre considération à prendre en compte est celle des aberrations sphériques qui ont pour effet de dégrader les performances des systèmes optiques. Pour un faisceau laser incident sur une 2903923 32 lentille, la plupart des aberrations de l'optique classique sont sans importance, la seule à retenir étant l'aberration sphérique. Elle a pour conséquence d'empêcher tous les rayons parallèles à l'axe de la lentille d'être tous focalisés au même point, si bien que le foyer est étiré dans l'espace. Cette aberration a des effets critiques lorsque la distance focale est courte. Pour 5 s'en affranchir, une solution, bien qu'onéreuse est d'utiliser des lentilles sphériques ou au moins plan-convexe, la partie convexe devant toujours être placée du faisceau offrant la variation angulaire la plus faible." Juste une petite remarque : une distance focale courte implique une grande valeur de bo . Ce que dit l'expert explique clairement l'influence modératrice exercée par la crainte de l'aberration sphérique sur la méthode de choix des distances focales et par suite des " bonnes va-leurs " du paramètre bo (= rc•(eo) /2 ); elles forment une petite collection standarde, un " kit " destiné à être livré avec la machine laser sous la forme d'une cassette de deux lentilles à montage rapide. En effet, les valeurs du paramètre fondamental bo du système classique comme indiquées 15 dans le tableau T.2 sont telles que l'aberration sphérique a un effet négligeable. En effet, voici un exemple numérique pour fixer les idées : bo=9,88 rd /cm; f=7,5 . 2,54=19,05cm; n=2,4; avec a=1 /3 et À=10,6.10-4 cm On trouve : L'=0,031 cm ; bot' /2=0,1537 rd. En ce qui concerne la présente invention, l'aberration sphérique est intrinsèquement inexistan- 20 te; en effet, il faut rappeler que la présente invention fonctionne en fixant l'épaisseur optique, (r)o=bo•L, du champ de phase focal (4) s'étendant sur une épaisseur géométrique L; voici,avec À=10,6.10-4cm et Do=2,5cm et (I)o=1 rd et a=1 /3, trois exemples : 1 ) L=0,2cm bo=5 rd /cm eo=0,041 rd f=30,49 cm c> bot' /2=0,063 rd. 2 ) L=1 cm bo=1 rd /cm 00=0,018 rd f=69,44 cm > bot' /2=0,0055 rd. 25 3 ) L=4cm bo=0,25 rd /cm eo=0,0092 rd f=136,1 cm bot' /2=0,0007 rd. La décroissance de bot' /2 en fonction de L se constate de façon évidente. On a pu constater que l'aberration sphérique est absolument négligeable et pour la présente invention et pour l'état de la technique. Par conséquent, l'exposé gagnera en clarté en faisant pour la suite du débat, ABS=1 , ce qui est légitime. 30 Pour fonder la méthode d'évaluation des performances sur une base précise, la présente invention a analysé mathématiquement les contributions aux caractéristiques énergétiques dûes aux modes autres que le mode fondamental. Dans la formule de l'intensité I(M)=I(r;z)=I(p;z) qui prend désormais la forme : I(p;z) = (eo•ao /À) 2 . I Jt • exp(j•bo•z•t') dtJA(ao•t ; w)•exp(j• p•t•cosw) dwl ë 35 où l'intégrale portant sur la variable t doit se faire en variant t de 0 à 1, où l'intégraleportant sur la variable angulaire w doit s'effectuer en variant w de 0 à 2n, la superposition de plusieurs modes fait que A(ao•t ; w) prend la forme d'une somme, où le symbole Epq est une sommation à deux indices entiers p et q, opérant sur l'expression mise 2903923 entre l'accolade {..j : A(ao-t ; w) = Epq { Rpq(ao-t).cos(q•w) } On a l'égalité utile suivante où l'intégrale doit se faire en variant w de 0 à 2n : JA(ao-t ; w)-exp(j.p.t-cosw) dw = 21T-Epq{ jq Rpq(ao-t) Jq(i3.t) } 5 où j est l'imaginaire pur (j2=-1), où Jq est la fonction de Bessel de première espèce d'ordre q. L'égalité ci-dessus autorise l'écriture structurée suivante : JA(ao.t ; w)-exp(. 3-t-cosw) dw =2n.Fo-f(ao-t)-Jo(E3•t) + s(ao.t ; w) où le premier terme est relatif au mode fondamental seul où Jo est la fonction de Bessel de première espèce d'ordre zéro, où Fo est un nombre constant; où le deuxième terme E(ao.t ;w) 10 est relatif à la totalité des modes autres que le mode fondamental. La coexistence compétitive de plusieurs modes se disputant la même source d'énergie fait baisser la part d'énergie revenant au mode fondamental dominant, cependant que du mécanisme même de formation du faisceau laser se déroulant à l'intérieur du résonateur, la répartition d'énergie suivant les différents modes se fait toujours de telle façon que c'est au mode 15 fondamental dominant que revient la plus grosse part d'énergie. Lorsque le faisceau laser est focalisé, le mode fondamental a la quasi totalité de son énergie confinée à l'intérieur du disque de demi diamètre optique a = 4 radians , situé dans un plan transversal peu déphasé par rapport au point focal effectif ; plus particulièrement en considérant le disque de demi diamètre optique [3=2,8 rd ( qui fait l'objet d'une attention particulière de 20 la part de la présente invention parce que ce dernier est resserrée autour du disque d'impact d'extension minimale ) et en considérant un faisceau gaussien , le mode fondamental noté Temoo dont la fonction d'amplitude est de la forme Fo.f(ao.t)=Fo-exp(-ao 2 t 2) où 0< t <1, où ao=1,25, y confine environ 82% de son énergie alors que le mode d'ordre immédiatement supérieur, noté Temoi et précisé par sa fonction d'amplitude de la forme t exp(-ao 242) - cosw 25 et dont la part d'énergie est beaucoup plus faible que celle revenant au mode fondamental , y confine 39% de sa part d'énergie, la répartition y étant par ailleurs de qualité médiocre c'est à dire précisément telle que seulement 15% est contenu entre R=0 et [3=2 rd et les 24% restant entre 3=2 et 3=2,8 rd. Il en ressort que Temoi, considéré seul, ne présente pas d'intérêt, et qu'il représente juste un peu d'appoint s'ajoutant à la contribution propre du mode fondamental 30 Temoo. Les 61% d'énergie du mode Temoi s'étalent loin de l'axe optique, jusqu'au-delà de la circonférence de demi diamètre optique R=12 rd, ce qui grossit énormément la tâche de diffraction. Plus généralement, tous les modes autres que le fondamental ont la même propriété de disperser l'énergie vers les régions périphériques d'autant plus éloignées de l'axe que le numéro d'ordre du mode est plus élevé. Tous ces modes autres que le fondamental ont une 35 caractéristique mathématique commune d'avoir leur fonction d'amplitude qui change de signe algébrique sur la surface d'onde au moins une fois; le nombre d'alternance de signes est d'autant plus grand que le numéro d'ordre du mode est plus grand. Du point de vue de la pPésente invention, ces modes autres que le fondamental représentent une perte économique 33 2903923 34 qu'il ne faut pas chercher à récupérer comme l'a fait le système classique en resserrant la dimension géométrique de la tâche d'impact ( cette phrase d'expert " ce qui compte c'est la puissance spécifique focale " a exactement ce sens ), car pour cela il faut encore davantage augmenter la valeur du paramètre fondamental bo qui est déjà très grande pour le seul besoin 5 classique de forcer la valeur de l'intensité jusque dans la zone périphérique de la tâche d'impact du mode fondamental. Tout l'exposé mathématique suivant s'évertue à montrer qu'on ne peut laisser courir la valeur de l'épaisseur optique 4o=bo•L du champ de phase focal (4) d'épaisseur géométrique L au delà d'une valeur limitée sans risquer de voir s'effondrer les caractéristiques énergétiques du faisceau laser qui s'y propage nécessairement pour accom- 10 plir sa tâche d'usinage de coupe. L'exposé précédent ayant conclu qu'un faisceau focalisé (3) ne présente de caractéristiques énergétiques valables que si et seulement si les caractéristiques énergétiques dûes au seul mode fondamental le sont , c'est pourquoi la présente méthode d'évaluation des propriétés optiques et énergétiques du faisceau laser focalisé (3) dans le champ de phase focal(4) est 15 fondée sur la base du seul mode fondamental. Et lorsque, pour simplifier le langage, l'énoncé fait état d'un faisceau monomode de puissance P , il s'agit de centrer l'exposé sur le seul mode fondamental dont la part de puissance lui revenant, déduction faite de la redistribution d'énergies entre les modes, est P. Pour un faisceau monomode focalisé (3) transportant une puissance P, la fonction d'intensité 20 au point M du champ de phase focal (4) I(M)=I(r,z) situé dans un plan transversal à la distance Izl du point focal effectif F (figure Fig.5) (z est positif ou négatif suivant que M est en amont ou en aval de F), r étant la distance de M à l'axe optique focal, prend la forme suivante, où l'intégrale est à effectuer en faisant passer t de 0 à 1 : I(M)=I(r;z)=(4bo /À)•(n•ao2-Fo2)-IJt-f(ao.t)-Jo((3-t)-exp(j-bo•z• t2) dt I' (EQ.INT) 25 Il existe deux grandes familles de faisceaux industriels : faisceau à mode dominant uniforme où f(ao-t)=1 pour 0< t <1 et f(ao-t)=0 pour toute autre valeur de t; et faisceau à mode dominant gaussien où f(ao-t)=exp(-ao a•t 2) pour 0< t <1 et f(ao-t)=0 pour toute autre valeur de t, où ao est le rapport de troncature ao=Do /Dg ,Do et Dg étant respectivement le diamètre extérieur et le diamètre gaussien dit aussi diamètre à e-2 dudit faisceau gaussien; dans la pratique ao 30 s'écarte peu de la valeur de 1,25 laquelle est adoptée pour la suite de l'exposé sauf spécification contraire qui sera alors explicitée. Ces deux types de faisceau produisent des effets comparables; et pour une puissance de faisceau ramenée à 1 watt, et pour la même valeur de bo, un faisceau focalisé (3) à partir d'un faisceau à structure spatiale uniforme a une intensité unitaire au point focal effectif F égale à 35 944bo (cm-2) alors qu'un faisceau gaussien donne 789-bo (cm-2). Pour un faisceau monomode uniforme, on a : I(M)=I(r;z)=(4bo.P /À). IJt•Jo(p•t)•exp(j•bo.z•ta) dt l' où l'intégrale doit s'effectuer en faisant passer la variable t de 0 à 1, où P=nao 2Fo 2 est la 2903923 35 puissance transportée par le faisceau monomode focalisé (3). II apparaît que l'intensité est proportionnelle à la puissance P sous la forme 1=10-P, Io est nommée l'intensité unitaire exprimée en watt par cm2 par watt ou simplement en cm-2 et a pour expression (où l'intégrale se fait en variant t de 0 à 1) : 5 lo(r;z) =(4bo /À)•IJt•Jo(p•t)•exp(j•bo•z•t2) dt 12 (EQ. lo.0 ) II est important de noter la propriété générale valable pour tous les types de faisceau,que lo/bo est uniquement fonction des dimensions optiques pet (bo.z) et aucunement des grandeurs géométriques, où il est rappelé que p=2neo.r /À; et que l'utilisation abusive de la proportionnalité entre Io et bo a conduit le système classique à sa défaillance actuelle parce que, pour 10 forcer la valeur de l'intensité jusque dans la zone où la valeur de (Io Ibo) n'est pas favorable-ment forte c'est à dire dans la zone du disque transversal où (3 est grand par exemple telle que p > 3,2 radians,on a utilisé systématiquement les fortes valeurs de bo conformément au concept classique de tâche focale réduite inconditionnelle, ce qui engendre de graves déphasages bo•z dont les conséquences sont analysées dans les lignes qui suivent. 15 La formule suivante est l'oeuvre exclusive de la présente invention où toutes les intégrales ont la même borne inférieure 0, et la même borne supérieure 1 : 1f t•Jo(p•t)•exp(j•bo•z•ta) dt I2=po(p;bo•z)•(4•I Jt•expG•bo•z•t2) dt 1 .1f t.Jo( p.t) dt I2 =go(p;bo•z)•Mu(bo•z)•(J1(p) /p) (EQ.INVENT.U) avec Mu(bo.z)= [ sin(bo•z /2) /(bo.z /2) ] 2 où sin est la fonction trigonométrique sinus, où Jo et 20 Ji sont les fonctions de Bessel de première espèce d'ordre 0 et 1 respectivement. Dans une région du champ de phase focal (4) telle que la fonction io vaut 1 la distribution de l'intensité dans un plan transversal est la même que celle du plan focal à un facteur multiplicateur près, lequel est égal au facteur Mu(bo•z) qui mesure l'effet du déphasage longitudinal bo.z. Les propriétés remarquables suivantes sont intéressantes: uo(13=0;bo•z)=1, go(p;bo•z=0)=1, 25 et de façon quasi exacte go(p;bo•z)=1 dans toute la zone définie par {-0,7 rd< bo.z < +0,7 rd ; p < 2,5 rd }. Cette zone est toute entière logée dans le noyau focal. La fonction Mu(bo•z)=[ sin(bo•z /2) /(bo•z /2) ] 2 dont le maximum absolu est 1 pour bo•z=0,présente une succession de maximums valant [ 4 /(2n+1)n ] 2 qui décroissent inexorablement lorsque le déphasage longitudinal prend une succession de valeurs croissantes bo.zn égales 30 à (2+1)n /2, n étant un nombre entier naturel. Tableau T.3 [ bo.z I Mu(bo•z)j R I 0 1 0,5 11 I 1.5 12 I 2.5 13 13,2 I 3.5 [ 1 0 7 1 0 9598 o j 1 I1 0000 I1 00021 1 001 11 0051 1 02 11 09 I 1,2 I 1,94 I [ 0 7 1 0 9598 j lo /bo 9051 851 b 702 1502 1303 I 146 I 51 I 29 I 11 I 35 1 1, 5 1 0,8260 I. o [ 1 11,000011,001 11.006 1 1.0261 1.09911.4551 1.9632 15,5939 [ j 1,5 1 0,8260 1 lo /bo 17791 732 1 604 1 434 1 266 I 136 I 58 I 41 I 27 [ 1 5 J 0,0573 J go 1 1 11,00271 1,048 11,2891 2,2961 5,7631 22.481 46.299 1216,032[ 1 5 1 0.0573 I lo /bol 54.1__ 51 _ __ I 44 I 39 I 40 I 49 I 62 I 67 I 72 I 2903923 36 Le tableau T.3 donne les valeurs de Mu(bo.z) pour trois valeurs du déphasage longitudinal bo.z soient 0,7;1,5 et 5 radians et,pour chacune de ces trois valeurs de bo.z, les valeurs des fonctions go et lo Ibo (pour la longueur d'onde À=10,6.10-4cm ) y sont données en fonction de p. En trois lignes, l'illustration des effets du déphasage par le tableau T.3 est suffisamment net- 5 te : en dépaçant le plan transversal à partir de la position focale où la tâche de diffraction est gouvernée par une distribution de l'intensité qui sert de référence, où p.o et Mu valent 1, on constate que dans la zone du noyau focal les effets du déphasage sont ultra faibles et la structure de distribution de l'intensité de référence reste inchangée, qu'en dehors de la zone du noyau focal et au fur et à mesure de l'augmentation du déphasage, le niveau général de 10 l'intensité baisse par la baisse de Mu alors que dans le même temps la structure de distribution de l'intensité de référence se détruit. Ladite destruction de la structure de référence est caractérisée par le comportement de la fonction o qui devient fortement croissante en fonction de p pour des déphasages assez forts, c'est ce que révèle la troisième ligne de T.3 où la valeur du déphasage longitudinal bo.z est de 5 radians. Le mécanisme de destruction de la 15 structure de référence consiste à déconcentrer le faisceau laser au détriment de la région centrale et en déversant l'énergie vers les régions périphériques éloignées de l'axe optique focal. En conclusion, les effets néfastes du déphasage rétrogradent " l'effet laser " potentiellement prometteur, en " effet chalumeau " classique ! La remarque suivante a une importance fondamentale : 20 En réalité, les effets de déphasages présentés sont les moins mauvais parce que les déphasages ( exprimés par le terme bo.z-t2 dans la formule de lo) ont des valeurs minimales. En effet, chacun des points de l'espace examiné où le déphasage est exprimé par l'expression bo.z.t' est accessible en lignes droites aux rayons de lumière laser composant le faisceau, ce qui signifie que le déphasage exprimé par l'expression bo.z.t a une valeur minimale parmi 25 tous les autres types de déphasages possibles et que les effets qui en résultent sont les moins mauvais par rapport à ceux qui se produisent dans le tunnel de coupe classique où l'accès pour les rayons composant le faisceau se fait en zigzags qui agravent les déphasges et les effets qui en résultent. En usinage pénétrant comme en coupe laser,chacun des rayons de lumière laser composant 30 le faisceau doit progresser dans le tunnel de coupe pour passer d'un plan transversal à l'autre. Ladite progression se fait généralement, sauf pour le cas où ledit tunnel est entièrement logé dans le noyau focal qui sera décrit en détail au dernier paragraphe du présent exposé, en zigzags. De tous les types de chemins que le rayon élémentaire de lumière laser doit effectuer en zigzags dans le tunnel entre deux plans transcersaux séparés par une distance z, le type 35 de zigzag effectué dans un même plan méridien (un plan méridien est un plan qui passe par l'axe optique focal ) a une longueur minimale notée z ; tous les autres types de chemins en zigzags qui relient deux points qui ne sont pas dans un même plan méridien s'effectuent dans le tunnel en vrillant, et de toute évidence la longueur déployée de ces derniers types de zigzag 2903923 37 vrillant est supérieure à z'. La figure Fig.10 schématise un chemin en zigzags situé dans un plan méridien effectué par un rayon de lumière laser, en provenance de la surface d'onde tangente à la "lentille" et en aval immédiat de cette dernière, qui attaque l'entrée du tunnel sous un

angle 8=8o4 où eo est l'an- 5 gle d'attaque focal qui caractérise le système faisceau-lentille" utilisé, où t compris entre 0 et 1 est le paramètre qui permet de désigner le rayon considéré ( par exemple t =1 pour un rayon marginal ). On obtient la valeur de la longueur z' du zigzag déployé : z' = z /cose z /(1-8'/2) = z-(l +Go'•ta/2) A une constante additive indépendante de t prés, laquelle ne joue aucun rôle, le déphasage 10 causé par la longueur z' du parcours méridien est : n• 6o' •z•t'/À=bo.z-t' Pour obtenir la phase pour le rayon considéré et pour le plan transversal situé à la distance z de l'entrée du tunnel, il faut ajouter à sa phase de l'entrée du tunnel le déphasage causé par le parcours en zigzags effectué dans le tunnel, soit au moins bo.z-t`. Voici un exemple pour illus- 15 trer comment les zigzags déforment la fonction de phase : Soit considéré le cas où la position du point focal effectif est enfoncée dans le tunnel jusqu'à une distance z de l'entrée de ce dernier de telle façon qu'un rayon de lumiière laser, à l'exception du rayon axial, c'est à dire indexé par une valeur non nulle du paramètre t, est obligé d'effectuer le parcours en zigzags pour atteindre ladite position focale. Or la phase longitudinale 20 dudit rayon à l'entrée du tunnel est bo.z-t', la phase dudit rayon à la position focale enfoncée est donc au mons 2.bo.z-t' radian. Le comportement des faisceaux gaussiens vis à vis du déphasage est absolument identique. Pour un faisceau monomode gaussien focalisé (3) transportant une puissance P, la fonction f(ao-t) de l'équation (EQ.INT) étant telle que f(ao-t)=exp(-ao'-t'), la fonction d'intensité I(M) en 25 un point M du champ de phase focal (4) est : I(M)=I(r,z)=(4bo /a).(n-ao'-F02).1 Jt•exp(-ao'-t')-Jo(p-t)-exp(j-bo-z-t') dt l' où l'intégrale est à effectuer en faisant passer t de 0 à 1, où j est le nombre imaginaire tel que j'=-1, où Jo est la fonction de Bessel de première espèce d'ordre O. Comme la puissance P, le demi diamètre ao=Do /2 du faisceau mesuré à la sortie immédiate 30 de la "lentille" et l'amplitude Fo dudit faisceau sont liés dans la relation suivante où l'intégrale est à effectuer en faisant passer t de 0 à 1 : P=2rc•ao2-Fo 2 Jt-exp(-2.ao2-t') dt =i .ao'-Fo'•[ 1-exp(-2-ao') l / (2-ao') On a , l'intégrale étant à effectuer en variant t de 0 à 1 : I(M)=I(r,z)=8-bo-ao' If À. [ 1-exp(-2ao') ] }If t-Jo(p.t).exp[-ao 2-t 2-(l-j.bg.z-t 2) l dt I'- P 35 On a la proportionnalité attendue entre l'intensité I et la puissance P de la forme I=lo . P avec : lo=8-bg /{ À- [ 1-exp(-2ao') l } - lit • Jo(p /ao - t) - exp[-t'd1-j-bg-z•t') ] dt I' (EQ.Io.G) où l'intégrale est à effectuer en faisant passer t de 0 à ao, où bg=bo /ao 2 ; Io est l'intensité uni-taire exprimée en watt par cm2 par watt, soit en cm-2. 2903923 38 Du fait de la valeur finie des diamètres extérieurs des faisceaux d'où il résulte une valeur pratique de ao bien inférieure à 2, le faisceau gaussien est tronqué de sa partie périphérique où l'amplitude du faisceau n'est pas encore négligeable si bien que la structure du faisceau focalisé (3) ne coïncide avec une gaussienne qu'à l'intérieur d'une petite zone,définie par le couple 5 de phases transversale et longitudinale (13;.o), du champ de phase focal (4). A fin d'analyse et de contrôle du faisceau, la formule suivante où l'intégrale se fait de t=0 à t=ao est l'oeuvre exclusive de la présente invention : I ft•Jo(p•t /ao)•exp[-t 2 (1-j•bg•z•t') ] dt 12 = ug(p;bg•z) • Mg(bg.z) exp[-2 • [3 2/ao 2 . Mg(bg.z)] (EQ. INVENT.G) 10 où Mg(bg•z) est donnée par l'intégrale suivante, effectuée de t=0 à t=ao : Mg(bg.z) = I f t•exp[-t2•(1-j•bg•z) l dt 12 = [1-2•exp(-ao 2)•cos(bg•z)+exp(-2ao 2) ] /{ 4 . [1 +(bg.z) 2] } La différentielle de la puissance unitaire dPo = lo•d(n•r2) concentrée dans la couronne circulaire infinitésimale d(n•r2) où d(...) est la différentielle de l'expression se trouvant entre parenthèses, établie à partir de (EQ.lo.G) et de (EQ.INVENT.G) pour une valeur de bg•z donnée, c'est à dire dans un plan transversal donné,montre que dans la zone définie par le couple des paramètres optiques (p;bg•z) où p.g=1, la fonction Io coïncide avec une gaussienne : lo•d(n•r2) = ug(p;bgz)•{1/ [1-exp(-2•ao2)] }.exp[-2- (p lao)2•Mg(bg•z)]• d [2•(p/ao)2•Mg(bg•z)l dPo = ..g(p;bg•z) • {1 / [1-exp(-2ao')l } • d {1-exp[-2•(p lao) 2•Mg(bg•z)] } 20 Tableau T.4 I p (rd) 0 1 /(0.1) I /(0,2) I /(0,3) I /(0,4) I /(0,5) I /(0.6) I /(0,7) I /(0,8) I. 1 ug 1 1 11,0012 1 1,0024 11.0036 11,0047 11.0057 11,0068 11,0078 11.00871 1 Io /bo 1 789 1 774 I 760 [ 746 I 732 I 718 I 705 I 691 I 678 [ /09 1 /11 /12 /13 14 /15 /16 /17 1 0096 1 0104 1 0112 1 0120 1 0127 1 0134 1 0140 1 0146 1 0151 1 Io Ibo 1 665 1 653 1 640 1 628 1 616 1 604 1 593 1 581 1 570 I I a 1 /(1.8) I /(1,9) 1 /2 I /(2,1) 1 /(2,2) I /(2.3) 1 /(2.4) I /(2,5) 1 /(2,6) I 1 0156 1 0161 1 0164 1 0168 1 0170 1 0173 0175 0177 1 1 1 0177 1 Io /bo 559 [ 548 I 538 I 527 I 517 I 507 I 497 I 487 I 477 I 30 I R 1 /(2,7) I /(2,8) I /(2,9) I /3 I /(3.1) I /(3.2) I /(3.3) 1 /(3,4) 1 /(3,5) 1 ug 11,0178 11,0178 1 1,0177 1 1.01761 1,0174 11,0172 1 1,0169 11,0166 11. 0162 [ 1 lo /bo 1 468 1 459 1 450 1 441 1 432 1 423 [ 415 1 406 1 398 1 13 1 /(3,6) 1 /(3,7) [ /(3,8) 1 /(3,9) 1 2 1 /(4,1) 1 /(4,2) 1 /(4,3) [ /(4.4) I I ug 1.0158 11,0153 1 1,0147 1 1,0141 1 1.0135 [ 1,0128 1 1,0120 1 1,0112 1 1,01031 35 1 Io /bo 1 390 1 382 [ 374 [ 367 1 359 1 352 1 345 1 337 1 330 1 1 i3 1 /(4.5) 1 /(4,6) 1 /(4.7) 1 /(4.8) 1 /(4.9) 1 /5 I /(5.1) I /(5.2) 1 /(5.3) 1 ug 11.0093 1 1,0083 1 1,0073 1 1,0061 1 1,0050 1 1,0037 1 1,0024 11,0011 10,99961 1 Io Ibo 1 324 l 317 1 310 1 304 1 297 [ 291 1 285 1 279 1 273 1 25 5 10 15 20 25 30 35 2903923 39 I_g 1 /(5,4) I /(5,5) I /(5,6) 1 /(5,7) I /(5,8) I /(5,9) 1 /6 I /(6,1) Il (6 .2) I u9 10,9982 10.9966 10,9950 10,9933 1 0.991 6 1 0,9898 10,9880 10,9861 10, 9841 1 1 Io/bo 1 267 1 262 1 256 1 250 [ 245 1 240 1 235 1 229 1 224 1 1 13 1 /(6.3) I /(6,4) 1 /(6.5) 1 /(6,6) 1 /(6,7) 1 /(6,8) 1 /(6,9) 1 /7 1 /(7,1) 1 1 ug [0,9820 10,9799 10,9778 10,9755 10,973210,9709 10,9685 10,9660 10,9634 1 lo /bo I 220 1 215 1 210 1 205 1 201 1 196 1 192 1 188 1 183 1 13 1 /(7,2) 1 /(7,3) 1 /(7,4) j /(7,5) 1 /(7,6) 1 /(7,7) 1 /(7,8) I /(7,9) 1 /8 I 1.' 1 0.9608 10,9581 10,9554 10.9525 1 0,9497 1 0,9467 10,9437 10,9406 10,93751 1 Io /bo 1 179 1 175 1 171 1 167 1 164 1 160 1 156 1 153 1 149 1 13 1 /(8,1) 1 /(8,2) 1 /(8,3) j /(8.4) 1 /(8.5) 1 /(8,6) 1 /(8,7) 1 /(8,8) 1 /(8.9) 1 1 u9 10,9343 10,9310 10,9277 10,9243 1 0,9208 1 0, 9173 10,9136 10.9100 10.90621 1 Io Ibo 1 146 1 142 1 139 1 136 1 132 1 129 1 126 1 123 1 120 1 13 I 3 1 /(9,1) 1 /(9.2) 1 /(9,3) (/(9,4) 1 /(9,5) 1 /(9,6) 1 /(9,7) 1 /(9.8) 1 u9 10,9024 10.8986 j 0,8946 10,8906 10,886610,8824 10,8782 j 0,8740 10,86961 1 Io /bo 1 117 1 115 1 112 1 109 1 106 1 104 1 101 j 99 1 96 1 l3 1/(9.9) 1 /10 1 /(10.1)1 /(10,2)1/(10.3) 1 /(10,4) 1 /(10,5)1 /(10,6)1/(10.7)1 I ug 10,8652 10,8608 10,8562 10, 8517 1 0,8470 1 0,8423 1 0.8375 10,8326 j 0,82771 1 Io /bo 1 94 1 92 1 89 1 87 1 85 1 83 1 81 1 78 1 76 1 I /(10,8)1 /(10,9)1 /11 1 /(11,1)1/(11.2)1 /(11,3)1 /(11,4)1 /(11,5)1/(11.6)1 1 uq 10,8228 10,8177 10,8126 10,8075 1 0.8022 1 0,7970 10,7916 10,7862 10,78071 1 Io /bo 1 74 1 73 1 71 1 69 1 67 1 65 1 63 1 62 1 60 1 1 I3 1 /(11.7)1 /(11,8)1 /(11,9)1 /12 11(12.1)1 /(12,2) 1 /(12.3)1 /(12,4) 11(12,5)1 ug 10.7752 1 0,7696 10,7640 10,7583 10,7525 10,7467 10,7408 10,7349 10,72891 1 Io /bo 1 59 1 57 1 55 1 54 1 52 1 51 1 50 1 48 1 47 1 1 [3 I /(12,6) 1 /(12,7)1 /(12.8)1 /(12,9)1 /13 1 /(13,1)1 /(13.2)1 /(13,3) (1(13,4)1 u9 10.7228 10,7167 10,7106 10.7044 10,6981 1 0,6918 10.6854 10,6790 10,67261 1 Io /bo 1 45 1 44 1 43 1 42 1 40 1 39 1 38 1 37 1 36 1 1 l3 1 /(13.5)1 /(13,6)1 /(13.7) 1 /(13.8)1/(13,9)1 /14 1 /(14,1)1 /(14,2) (1(14.3)1 0 6661 0 659 0 6529 0 6462 0 6396 0 6328 0 6260 0 6192 0 6123 1 Io /bo 1 35 1 34 1 33 j 32 j 31 1 30 1 29 j 28 1 27 13 I /(14,4)1 /(14,5)1 /(14.6)1 /(14,7)1/(14.8)1 /(14.9)1 /15 1 /(15.1) 11(15.2) 1 I uq j 0.6054 10.5985 1 0.5915 j 0.5845 1 0,5774 1 0,5703 10,5632 10,5560 a 0.5488 I 1 Io /bo 1 26 1 26 1 25 1 24 1 23 1 22 1 22 1 21 1 20 1 13 1 /(15,3)1 /(15,4)1 /(15.5)1 /(15.6) (1(15,7)1 /(15.8)1 /(15,9)1 4 1 u9 10.5416 10,5344 10,5271 10,5198 10,512510,5051 10.4977 j 0.4903 1 1 Io /bo 1 20 1 19 1 18 1 18 1 17 1 16 1 16 j 15 1 Le tableau T.4 est composé pour z=0 c'est à dire pour le plan focal effectif. Etant donné que le noyau focal vérifie la condition :-0,5 radian < bg.z < +0,5 radian, ce qui implique que la 2903923 la variation des propriétés optiques et énergétiques du faisceau focalisé (3) dans toute l'étendue du noyau focal (4) est très légère tant que les points d'espace examinés restent libres d'accès (en lignes droites) à l'ensenble des rayons composant le faisceau, ce qui est le cas pour l'ensemble des points situés dans le plan d'entrée du tunnel de coupe, ledit tunnel étant 5 selon la conception du système à noyau focal de la présente invention, logé entièrement sur toute sa longueur dans le noyau focal, ( une description spéciale nécessaire consacrée à la construction de la performance à l'intérieur du tunnel par l'interférence des rayons composant le faisceau étant prévue au dernier paragraphe du présent document ), les conclusions tirées dudit tableau T.4 sont également valables pour la totalité du noyau focal. Un examen complé- 10 mentaire concernant l'évolution de ug(G3;bg•z) à l'intérieur du noyau focal est assuré par le tableau T.5 qui donne les valeurs de ug en fonction de p pour quelques valeurs de bg.z,soient 0,32 radian; 0,4 radian et 0,5 radian . " / " est le symbole de racine carrée . Le tableau T.4 présente les valeurs de ug et de Io Ibo pour la longueur d'onde À=10,6.10-4cm en fonction de a, Io étant exprimé en cm-2, bo en radian par cm et R en radian, deux valeurs 15 consécutives de p étant telles que la différence de leurs carrés soit constante égale à 0,1, si bien que l'intervalle desdites valeurs consécutives enserre une aire de couronne circulaire constante égale à a /(40•bo)=0,000065 Ibo (cm2), étant donné que l'aire du disque de demi diamètre géométrique A a pour expression n-A 2= ([3/2) 2 . À Ibo . Le tableau T.4 a permis de calculer la puissance unitaire Po et la puissance d'action unitaire 20 Po /A en fonction de A pour la longueur d'onde À=10,610-4cm ( laser à CO2) ; l'ensemble des valeurs calculées sont consignées dans le tableau T.6 d'où est dérivée la figure Fig.6 représentant la courbe de la puissance d'action Po /A en fonction de R pour une certaine valeur fixe mais non précisée de bo, Po /A étant représentée en valeur relative c'est à dire que la va-leur du maximum atteinte au sommet Mmax de la figure Fig.6 est égale à 1, l'abscisse de 25 Mmax étant (3m=/6,1 radians=2,47 radians où la valeur vraie de Po /A est 32,495.Vbo. On ne doit pas ne pas remarquer la proportionnalité de Po /A et de (bo ; la valeur moyenne courante de bo dans la pratique industrielle classique est de l'ordre de 10 radian par centimètre, alors que le paramètre déterminant de la présente invention c'est la valeur fixe de l'épaisseur optique (i)o=bo.L du champ de phase focal (4) d'épaisseur L (en cm) qui est égale à la Ion- 30 gueur du tunnel de coupe, où la valeur optimale de (po est de l'ordre de 1 radian, l'instrument bo devant s'adapter en sorte que bo=4 o /L= 1 /L, si bien que (Po/A)max=32,954//L. Tableau T.6 I a 1 1 I /2 I /3 I /4 1 /5 1 /6 l /(6.1) I /(6,2) I /(7.3) I I Po 10.1887 10,3445 10,4725 10,5772 10,6622 10,7310 10,7371 10.7430 10,8005 l 35 1 Po/(A/bo) l 20.55 126.53 129, 70 131, 42 132.25 132.494 132.495 132.492 j 32.26 I I R I /(7,9) 1 3 I /10 I /11 I /12 I /13 I /14 I /15 I 4 I 1 Po a 0,8263 10,8651 1 0,8925 1 0,9137 10,9300 10,9424 10,9517 1 0,9585 1 0,9634 1 IPo/(A/bo)I 32.01 1 31.40 1 30.73 1 30 129,23 1 28,46 1 27.69 1 26.95 j 26,22 1 2903923 41 La lecture du tableau T.6 illustré par la courbe de la figure Fig.6 représentant la puissance d'action unitaire Po /A en fonction de p fait ressortir de la tâche de diffraction du plan focal, le disque d'impact d'extension minimale dont le demi diamètre optique est pm =/(6,1) radian où la fonction Po /A d'abord nulle en p=0 est croissante jusqu'en pm. Au delà de pm, Po /A est 5 lentement décroissante. Le disque d'efficacité maximale est resserrée autour du disque d'impact d'extension minimale, son demi diamètre optique p est fixé par la présente invention pour le faisceau gaussien à p=2,8 radian où la valeur de 2n•lo•A=25•/bo est de l'ordre de 22% inférieure par rapport à la valeur 32,495-,'bo du maximum (Po IA)max. Ce disque ainsi spécifié est choisi par la présente invention pour être la tâche d'impact du plan transversal d'entrée du 10 tunnel de coupe, lequel est dans toute sa longueur L logé dans le noyau focal (4) , (le plan transversal d'entrée du tunnel et aussi du noyau focal est situé à la distance L/2 en amont du point focal effectif F ), en faisant en sorte que la puissance P du faisceau soit suffisante pour que le métal sous ladite tâche d'impact dudit plan d'entrée du tunnel fonde impérativement afin de garantir le passage du faisceau à l'intérieur de la zone ainsi spécifiée, sans se préoccuper 15 de ce qui se passe dans la zone située au delà de p=2,8 radians.( En réalité, la zone périphérique correspondant aux valeurs plus grandes de p où la valeur de la puissance d'action élémentaire locale 2rt-lo•A est beaucoup plus faible ( par exemple pour p=3,6 radian, 2nloA vaut 8,32.Vbo, ce qui est quatre fois plus faible que (Po /A)max ), ne peut avoir l'efficacité requise pour faire fondre le métal que de deux façons artificielles et forcées, soit en augmentant la 20 puissance P du faisceau beaucoup plus que par rapport à la valeur requise pour la zone définie par p<2,8 radians, soit en adoptant de grandes valeurs de bo comme le fait le système classique avec les conséquences désastreuses de déphasage qu'elles impliquent et qui détruisent la capacité de coupe ). C'est que, la conception de la présente invention est caractérisée en ce que le paramètre instrumental bo est soumis à la condition de l'épaisseur optique 25 4)o=bo•L fixe du champ de phase focal (4), fixée à une valeur limitée et en particulier bo.L<1,4 radian comme par exemple bo-L=1 radian, de telle sorte que dans la découpe le faisceau laser qui chemine dans le tunnel de coupe logé dans ledit champ de phase focal (4) arrive à l'autre extrémité avec la meilleure performance énergétique possible sur la tâche d'impact de sortie Or la performance énergétique de la tâche d'impact de sortie du tunnel a la valeur la plus tai- 30 ble et celle de la tâche d'impact de l'entrée du tunnel est la plus forte, si bien que la puissance P du faisceau requise pour la réalisation intégrale de la coupe, devant permettre la mise en fusion de la dernière couche de métal de la sortie du tunnel, sera automatiquement suffisante pour tout le trajet en amont de ladite tâche d'impact de sortie,et notamment pour la tâche d'impact d'entrée dont le demi diamètre optique a la valeur spécifiée 13=2,8 radians , Rer choix 35 stratégique en harmonie optimale avec l'ensemble de la coupe considéré comme un tout. L'examen du facteur tg(p ; bg.z) qui est une fonction de la phase transversale p et longitudinale bg.z, du tableau T.4 relatif au plan focal effectif où bg z=0 et du tableau T.5 ci-contre relatif à la zone du noyau focal pour quelques valeurs de bg.z = 0,32radian; 0,4radian; 0,5 radian 2903923 42 permettant de couvrir la zone du noyau focal considéré, révèle un double aspect par rapport d'une part à la qualité de régularité de distribution de l'intensité dans un plan transversal, et d'autre part par rapport au dégré de coïncidence de ladite distribution de l'intensité avec une fonction gaussienne qui est à la base du calcul conduisant à la valeur du facteur 7o (=2) de la 5 formule d'ajustement (EQ. RPA Bis), qui est une formule de référence pratique servant à évaluer la valeur de la puissance P du faisceau requise pour la tâche d'usinage désignée. - Sur l'étendue du disque d'impact d'extension minimale de demi diamètre optique 13m=2,5 rd dans laquelle est confinée 75% de la puissance du faisceau, la distribution est parfaitement gaussienne à très négligeable près. La coïncidence avec une distribution gaussienne reste 10 excellente jusqu'à la valeur du demi diamètre optique 3=2,8 radian avec un écart atteignant à peine 5%, la fraction de la puissance confinée étant de l'ordre de 82%. En étendant jusqu'à 13=3,2 radian incluant 90% de la puissance, l'écart par rapport au standart gaussien mesuré par l'écart du facteur ug par rapport à 1 reste modéré et est de 15% à peine sur la périphérie. L'examen du facteur ug grâce aux tableaux T.4 et T.5 permet de conclure que la distribution 15 de l'intensité dans un plan transversal situé dans la zone du noyau focal (-0,5rd< bg <+0,5rd ) est d'excellente régularité et est essentiellement gaussienne, à plus de 93% selon un calcul barycentrique qui tient compte du poids des puissances associé aux valeurs de p.g, conformément au point de vue des effets thermiques produits dans l'interaction laser-matière. En effet, le calcul barycentrique donne l'évaluation pondérale de ug : 20 0,75 + 0,07 . 0,95 + 0,08 + 0,1 .0,5 = 0,9345 où il a été attribué pour simplifier le calcul la valeur de 0,5 à }ag pour toute la zone périphérique ( 3>3,2 radians) dans laquelle la puissance résiduelle restante n'est plus que de 10%. En même temps que pour l'évaluation du caractère gaussien de la distribution de l'intensité, l'assise physique de (EQ. RPA Bis) est donnée avec la même évaluation dont il faut tenir 25 compte dans l'emploi de (EQ. RPA Bis) comme formule d'ajustement. Tableau T.5 1 bg z I R I 0,5 I 1 I 1.5 1 2 I 2,1 1 2,2 I 2, 3 1 I = I uq 1 1,002 1 1,008 1 1,011 1 1.003 10,999 10,994 10,988 1 0,32 I 5 I 2.4 1 2.5 I 2,6 I 2,7 I 2,8 13 I 3.2 I 30 I 1 >J.g 0,980 1 0.971 10,959 10,946 10,931 1 0,893 10,845 I bg-z 1 13 1 0,25 1 0,5 1 0,75 1 1 1 1,25 1 1,5 1 1,75 1 I = I ug 1 1.000 1 1,002 1 1.004 1 1,006 1 1,008 1 1,008 1 1,005 p I 2 I 2,2 1 2,4 I 2,6 I 2.8 I 3 I 3,2 1 I 1 ua 1 0.998 1 0,988 1 0.973 1 0,953 1 0,925 10,888 10,842 I. 35 1 bg.z I c 0 4 0 8 1 1 2 1 4 1 6 1 8 I = I ug 11,000 11,003 11,003 11,004 11.003 11,001 10,997 1 0, 5 1 R 1 2 1 2,2 1 2.4 1 2,6 1 2,8 1 3 1 3,2 1 I 1 ug 10,990 1 0,979 10,963 10.942 10,915 10.8801 0.837 j 2903923 43 Non seulement le noyau focal, ( tel qu'il a été défini dès la page 2 du présent document c'est à dire un morceau de champ de phase focal (4) d'épaisseur géométrique L dontl'épaisseur optique 4)o=bo.L est inférieure ou égale à 1,4 radian ), y concentre toutes les qualités à la fois de phase, de régularité et de haute performance de toutes les caractéristiques énergétiques, 5 lesdites qualités se prolongeant par continuité mathématique au voisinage dudit noyau focal au delà duquel lesdites propriétés ondulatoires se dégradent progressivement, mais ce qui est remarquable et qui s'avère être d'une supériorité absolue c'est que ledit noyau focal cache en réalité une condition géométrique spéciale qui fait que le long de la longueur L du tunnel logé intégralement dans ledit noyau focal, le faisceau qui s'y chemine pour réaliser la coupe 10 est favorablement prédisposé à y développer les performances les plus élevées par interférence des rayons de lumière laser composant le faisceau lesquels, à l'exception d'une infime minorité, à chaque étape de progression du faisceau dans le tunnel, y arrivent en lignes droites pour bénéficier d'une fonction de phase non déformée de la plus haute qualité d'où résultent intensité et puissance unitaires les plus élevées possibles, ceci de façon constante indépendamme t de la valeur de L, tant que $o=bo-L<1,4 rd est maintenue constante, ce qû est une caractéristique principale de la présente invention. Ladite condition géométrique spéciale consiste en ce que le cône qui, s'appuyant d'une part sur la conférence de diamètre Do du contour extérieur QQ' du faisceau laser (3) émergeant de la "lentille" et d'autre part sur la circonférence EE' de demi diamètre optique 5=2,8 rd du 20 disque d'entrée du tunnel de même longueur L que le noyau focal (4) selon l'axe duquel ledit tunnel est logé en totalité, pénètre dans le tunnel est tel que sa pointe o dépasse au moins l'extrémité de sortie dudit tunnel. La figure (Fig.9) illustre ce qui est dit. Les détails mathématiques des caractéristiques énergétiques à l'intérieur du tunnel logé dans le noyau focal sont exposés dans le dernier paragraphe du présent document. Voici le résultat 25 des calculs : la puissance d'action unitaire de la tâche d'impact de l'extrémité de sortie du tunnel,,dans le cas d'un faisceau monomode gaussien avec un rapport de troncature ao=1,25 atteint son niveau maximum, pour la valeur de l'épaisseur optique 4)o située dans la l'intervalle [ 0,8 radian ; 1 radian ], de l'ordre de 25 /(L)" cm-1 ( pour la longueur d'onde À=0,00106 cm ) où L est exprimée en cm. Quelques valeurs numériques aident à fixer les idées : 30 4o=0,8 rd m' (Po /A) entrée = 28,6 /(L)/ cm-1 ; (Po /A) sortie du tunnel = 25,09 /(L)" cm-1 4)o=0,9 rd c (Po /A) entrée du tunnel = 30,3 /(L)/ cm-1 ; (Po /A) sortie = 25,24 /(L)/ cm-1 = 1 radian b (Po /A) entrée = 32 /(L)" cm-1 ; (Po /A) sortie = 25,04 /(L)" cm-1 Lorsque la valeur de la puissance P du mode fondamental gaussien satisfait la condition de seuil de mise en fusion de la dernière couche de métal de l'extrémité de sortie du tunnel, un 35 volume minimal de forme tronconique creusé dans l'axe dudit tunnel se trouve réalisé dont le disque de base du plan d'entrée du tunnel a pour demi diamètre optique R=2,8 radian et le dis-que de base du plan de sortie du tunnel a pour demi diamètre optique 5=1,7 radian environ. Inversement c'est dans ce volume minimal tronconique que cheminent en lignes droites les 2903923 44 rayons de lumière laser pour construire - par interférence mutuelle collective à chacune des étapes successives de progression du faisceau à travers chacun des disques intermédiaires (dont la dématérialisation par fusion suivie de l'enlèvement instantané de son contenu métallique devenu liquide garantit le passage en lignes droites desdits rayons de lumière laser dans 5 ledit volume minimal tronconique )-les caratéristiques énergétiques comme en particulier les puissances d'action unitaires dont les valeurs numériques ci-dessus présentées pour l'entrée et la sortie du tunnel respectivement ont précisément été obtenues sous la présente condition de dématérialisation dudit volume minimal tronconique. Les caractéristiques énergétiques comme les puissances d'actions unitaires étant décroissantes de façon monotone de l'entrée 10 à la sortie du tunnel, la condition suffisante de dématérialisation dudit volume minimal tronconique se réduit à ce que la puissance d'action du disque d'impact terminal de sortie du tunnel , soit 25-P /(L)/ où P est la valeur de la puissance du mode fondamental gaussien du faisceau laser ( à CO2 pour le cas présent pris en exemple ), atteigne la valeir requise pour la mise en fusion du métal considéré en donnant à P la valeur nécessaire pour ce effet. 15 Voici une propriété exceptionnelle du noyau focal dans les conditions d'une coupe classique : - Coupe de l'innox, épaisseur L=0,1 cm, avec les caractéristiques suivantes : bo = 10 rd /cm (po = 1 rd ; P = 1 kilo watt, monomode gaussien à CO2 . Dans cet exemple, la puissance P a été délibérément choisie beaucoup plus forte que celle requise pour la coupe d'un petit millimètre d'un métal relativement facile à couper, au moins 20 cinq fois supérieure. Dans ces conditions le demi diamètre optique 5 de l'étendue de fusion à l'entrée du tunnel de coupe dépasse facilement la valeur de 2,8 radian pour atteindre 3,6 rd ; la facilité d'accès au fond du tunnel se trouve accrue , du fait de l'élargissement du disque d'entrée du tunnel, pour un plus grand nombre de rayons de lumière laser périphériques qui étaient bloqués auparavant lorsque G3 était limitée à 2,8 rd si bien que la valeur de la puissance 25 d'action au fond du tunnel peut facilement atteindre celle de l'entrée c'est à dire 32.P /(L)/ soit la valeur extraordinaire de 32-P /V(0,1) =101-P=101193 watt par cm. Cet exemple illustre la démesure engendrée par le système classique, car en réalité la valeur du paramètre fondamental bo=10 rd /cm est une valeur moyenne courante classique obtenue d'après les catalogues de vente des machines laser. Seulement, le système classique utilise 30 la même valeur moyenne courante telle que bo=10 rd /cm pour couper des épaisseurs différentes, à l'aide des puissances P différentes en fonction des épaisseurs différentes. Le pré-sent exemple avec P=1 kw est une extraction à partir d'une coupe de l'innox d'une épaisseur L' non pas d'un millimètre mais de plusieurs fois plus grande. Cet exemple montre que du fait que le système classique n'est pas un système à noyau focal, le petit morceau du champ de 35 phase focal (4) d'épaisseur L inférieure à la limite nucléaire focale Lo associée à bo se trouve baigner dans les conditions extrêmement favorables du fait de la forte valeur de la puissance P destinée à une épaisseur de coupe L' beaucoup plus grande, qui dépasse de plusieurs fois la valeur minimale necessaire à la réalisation de la coupe d'épaisseur L ( selon le présent 2903923 45 système à noyau focal dans les conditions de fonctionnement en régime modéré ), c'est pour cette raison uniquement que la performance Po /A=32 /VL d'un bout à l'autre du petit morceau de tunnel de coupe de longueur L a pu être exceptionnellement obtenue alors qu'en régime de fonctionnement modéré utilisant une puissance de faisceau tout juste suffisante pour réaliser 5 la coupe d'épaisseur L considérée, la puissance d'action unitaire Po /A est prévue pour diminuer progressivement de 32 //L à 25 //L du plan d'entrée au plan de sortie du tunnel de coupe de même longueur L. L'information relative à la structure spatiale uniforme tirée du tableau T.7 suivant fait ressortir une propriété fondamentale inhérente à la focalisation qui transcende la différence entre les 10 structures spatiales particulières des faiseaux laser (1). Tableau T.7 R 1 /(0,1) I /(0.2) I /(0,3) 1 /(0,4) I /(0.5) I /(0.6) 1 /(0,7) I 1 1 /(1,5) 1 Po 1 0,0244 1 0,0482 10,0713 10,0939 10.11601 0,1375 10,1584 10.218010,3076 1 1Po /(A.1/bo)1 8,395 1 11.725 1 14,182 1 16.173 1 17,858 119,321 120,612 123,738127,342 1 15 I 13 1 /2 1 /(2,5) 1 /3 1 /(3,5) I /4 I /(4,1) 1 /(4.2) I /(4,3)1 /(4,4) I I Po 1 0,3859 j 0,4541 10.5134 10,5647 10,6090 10.6170 10,6248 1 0,6324 1 0.6398 1 Po /(A./bo)129,708131,272 132.275 132,867 133.152 133.178 133.196 1 33.206 1 33.208 1 5 1 /(4.5)1 /5 I /(5.8) I /6 I /(6.3) I /7 1 /8 I /9 I /10 I. 1 Po 10,64691 0,67931 0,7211 10,7299 10.7420 10.7655 1 0,7898 1 0.8056 1 0,81561 20 IPo /(A•/bo) j 33,202 1 33,075 132,602 j 32,445 1 32,187 1 31.504 130,402 1 29.238 1 28,082 1 Le tableau T.7 représente, pour le cas d'un faisceau laser à structure spatiale uniforme, les valeurs des fonctions de la puissance unitaire et de la puissance d'action unitaire (exprimée en cm-1) en fonction du demi diamètre optique p (en radian) du disque centré sur l'axe optique focal et situé dans le plan focal effectif. 25 La lecture de ce tableau T.7 illustré par la courbe de la figure Fig.7 représentant la puissance d'action unitaire Po /A en fonction de 5 fait ressortir de la tâche de diffraction du plan focal, exactement comme dans le cas d'un faisceau laser à structure spatiale gaussienne du tableau T.6 et de la figure Fig.6, le disque d'impact d'extention minimale dont le demi diamètre optique est 5m=/(4,4) radian où la fonction Po /A d'abord nulle en 5=0 est croissante jusqu'en 30 5m où elle atteint sa valeur maximale (Po /A)max=33,208.Vbo (en cm-1) alors que (Po /A)max vaut 32,495/bo pour le cas gaussien. Au delà de 5m, Po /A est lentement décroissante. Ce qui ressort de la lecture comparative de T.6 et de Fig.6 d'une part et de T.7 et de Fig.7 de l'autre, est la similitude frappante tant quantitative que qualitative - à part la petite différence de dimension qui n'est pas significative ente les deux disques d'extension minimale ((3m=2,1 rd 35 pour le cas de structure spatiale uniforme et 5m=2,5 rd pour le cas gaussien) - dans la distribution des caractéristiques énergétiques telles que lo et Po /A dues aux deux structures spatiales respectives, dans le plan focal et par suite dans toute l'étendue du noyau focal compte tenu du faible déphasage par rapport au point focal effectif pour l'ensemble des points 2903923 46 considérés et situés à l'intérieur du noyau focal. C'est que, la distribution d'amplitude et d'intensité qui en résulte dans le plan focal et par suite dans tout plan transversal situé dans le noyau focal, d'un faisceau laser focalisé (3) se trouve recomposée selon une loi de pondération à prédominance gaussienne, dûe à la focalisation. 5 En effet, l'intégrale (en variant t de 0 à 1) donnant l'amplitude au voisinage du point focal effectif, est de la forme : Jt. JO( 5.t) . exp(j•bo•z•t2) • f(ao.t) dt où f(ao•t) est la fonction d'amplitude qui représente la structure spatiale du faisceau ; où Jo est la fonction de Bessel de première espèce d'ordre zéro. 10 C'est la présence du terme Jo( 5.0 qui explique la prédominance gaussienne. En effet, le développement de Taylor de Jo(p.t) limité aux deux premiers termes coîncide au au même développement limité d'une fonction gaussienne : Jo( 5.0 =1-(R.t /2) 2 + ... . exp(-[R•t /212) =1-(R't /2)4+ - Or, d'après le tableau T.7 plus de 60% de la puissance du faisceau est confinée dans le dis- 15 que de demi diamètre optique 5<2 alors que le disque d'impact d'extension minimale qui détermine l'effet thermique lors de l'intéraction laser-matière et dont le demi diamètre optique est 5m=2, 1 radian n'en contient que 64%. Or, pour cette région près de l'axe où 5<2, ce sont précisément les deux premiers termes du développement de Taylor de JO( 51) qui prédominent, les termes suivants du développement conduisant à un résultat négligeable dans le 20 calcul d'intégrale étant : +1/4 • (5.t /2)' -1 /36 . (R.t /2) 6 + -- En conclusion, la focalisation transcende la différence de structures spatiales des faisceaux laser (1) : les faisceaux focalisés (3) produisent les effets énergétiques quasi identiques d'un faisceau à structure spatiale gaussienne, dans un plan transversal situé dans l'étendue du 25 noyau focal. En particulier, la formule (EQ.RPA Bis) établie sur la base d'un faisceau à structure spatiale gaussienne et servant de repère d'ajustement dans la recherche de la valeur de la puissance P requise pour chaque tâche d'usinage donnée, a sa validité confirmée pour le cas d'un faisceau à structure spatiale uniforme. Tableau T.8 30 35 Le facteur de critère gaussien ig(R;bg•z) pour le faisceau focalisé (3) évolue progressivement I bg-z R 1 0,25 I 0.5 10,75 I 1 I 1.25 I 1.5 I 1,75 I 2 [ I= 0 9998 0 9991 0 9978 0 9954 0 9914 0 9852 0 9759 0 9628 I 0,75 1 R 1 2,2 J 2.4 I 2,6 I 2.8 13 I 3.2 I 3.4 I 3.6 t 1 1 ug 10.9489 10,9314 10,9101 1 0.8847 10.8554 10.8227 10,78781 0,7530 [ bg•z 1 1 I 1.25 I 1,5 I 1,75 I 2 [ R 1 0,25 I 0.5 1 0,75 I I = I ug 1 0,9964 1 0,9860 1 0,9691 1 0.9467 1 0,9200 1 0,89041 0,85981 0,8301 1. I +_2 I R I 2,25 I 2,5 I 2.75 I 2,8 13 ] 3.2 1 3.4 ] 3.6 1 I I i 10.803610,78261 0.76941 0,7678 10,7661 10,7720 10.78631 0.8096 I 2903923 47 au fur et à mesure de l'éloignement du voisinage du noyau focal . A fin de suivre cette évolution, le tableau T.8 présente les valeurs de la fonction ug((3;bg-z) où bg=bo /ao et ao=1,25 en fonction du demi diamètre optique 13 pour bgz= 0,75 ; 2 radians. Le fait exposé à la page 26 que, lorsque la pratique classique fait pénétrer dans le tunnel de 5 coupe le point focal effectif F à une profondeur z beaucoup plus grande que la limite nucléaire focale, ledit point F n'est plus accessible en lignes droites à tous les rayons du faisceau - ils y arrivent donc déphasés - attendait une démonstration mathématique. Le moment est venu. Le calcul de la puissance unitaire Po contenue dans un intervalle tel que [ 131 ; 132 ] pour une valeur donnée du déphasage longitudinal bg-z, à l'aide de la formule différentielle suivante : 10 d Po = ug - { 1 /[1-exp(-2-ao') ] } - d { 1 exp(-2 - (13 lao)- Mg(bg-z)) } déduite directement de l'équation (EQ.INVENT G) de la page 38, au cas où le facteur ug est constant ou peut être assimilé comme tel dans ledit intervalle auquel cas ug y est pris égal à sa valeur moyenne, est réduit à une simple différence, comme suit : Po = ug / [1-exp(-2-ao') ] - { exp[-2 - (131 lao) 2 - Mg(bg-z) ] - exp[-2 - (132 lao)- Mg(bg-z)1 } 15 Pour ce, il faut connaître les valeurs particulières dudit facteur ug(13;bg-z) pour chacun desdits intervalles tels que [ 131; 132 1 pour la valeur donnée de bg-z. Le tableau T.9 y pourvoit pour la valeur particulière du déphasage bg-z=3 radians, avec ao=1,25. Tableau T. 9 1 bg-z = 3 radians 1 20 I 13 1 0,5 [ 1 1 1,5 J 2 j 2,25 ] 2,5 12,75 13 1 3,25 1 I ug 10,995 10,984 1 0,978 1 0,987 j 0,999 1 1,016 1 1,035 11,057 11,078 I I 13 1 3,4 1 3,5 1 3.75 j 4 j 4,25 j 4,5 1 4.75 1 5 15.25 1 ug 1 1.089 1 1,095 1 1,106 1 1,108 1 1,099 1 1,080 1 1,049 1 1,009 1 0,962 [ I R 1 5,5 1 5,75 1 6 1 625 1 6,5 1 6,75 I 7 1 7,25 J 7,5 1 25 1 u4 1 0,912 [ 0,862 [ 0,816 1 0,779 1 0,753 1 0.739 1 0,738 1 0,746 1 0,761 1 1 Po /A (cm-1) 1 33.2381 32,692 1 32.1 37 1 31 .571 130,9941 30,4041 29,504 1 28,593 12-n-lo-A (cm-1) 1 16,3931 15.083 1 13,682 1 12,163 110,5801 8,983 1 6,799 1 5,072 30 1 p J 7.75 1 8 1 8,25 1 8.5 1 8,75 1 9 1 9.375 1 9.75 1 u9 10,779 1 0,793 J 0,800 1 0,795 1 0,777 1 0,745 1 0,683 1 0,624 1 Le résultat du calcul de la puissance unitaire Po et de la puissance d'action unitaire Po /A en fonction de 13 pour bg-z=3 radians avec bo= 7,1875 rd /cm est consigné dans le tableau T.10. Tableau T.10 I ba-z = 3 radians et bo = 4,6 rd /cm I j R 1 3 1 4 1 4,5 1 5 1 5,5 1 6 1 6,5 1 7 [ 7,5 1 1 Po 10,2756 [ 0,4525 10,5417 10,6235 10.6937 10.7511 10,7973 10.8354 10,86791 1 Po /A 1 26.8231 33,0221 35,141 1 36.483 1 36,819 1 36,543 [ 35,8071 34,836 35 1 1 7,75 1 8 1 8,25 1 8.5 1 8,75 1 9 1 9.375 1 9,75 1 I Po [ 0,8825 10,8960 10,9083 J 0,91 93 1 0.9291 1 0,9374 10,9475 10.9551 1 2903923 48 où Io = [ 8-bg-ug((3;3) ] / [À.(1-exp(-3,125) ] - Mg(3) -exp[-2- (p /1,25)' - Mg(3) l , bg=4,6 rd , À=0,00106 cm ; A=(f3 /2) - [ À /(n-bo) ]/ , bo = (1,25) 2-bg = 7,1875 rd /cm. Pour que tous les rayons de lumière laser composant le faisceau issus de la surface d'onde formée à la sortie immédiate de la "lentille" , lesquels découpent sur le plan tangent à ladite 5 surface d'onde un disque limité par la circonférence QQ' de diamètre Do , atteignent en lignes droites le point focal effectif F enfoncé à une profondeur z telle que pour le présent exemple de démonstration bg-z=3 radians, (en tout cas, la difficulté rencontrée par le faisceau est d'au-tant plus grande que la valeur choisie pour bg-z est plus grande ), sous la surface de la plaque métallique à couper, il faut que le bout de cône de matière métallique FEE' , dont le prolonge- 10 ment forme le cône FQQ' ( voir figure Fig.9 ), soit dématérialisé par le faisceau laser seul en détruisant progressivement couches après couches son contenu métallique par fusion suivie instantanément de l'enlèvement, par jet de gaz, des résidus liquides. Le demi diamètre géométrique noté r du disque EE' est donné par la relation suivante : r /z = Do /(2-f) = 0o 15 D'où il résulte le demi diamètre optique (3 = (2rceo /À)• r dudit disque EE' : R = 2- bo-z = 2ao'• bg-z = 2- (1,25) 2.3 = 9,375 radians. Pour que le faisceau soit capable de dématérialiser le cône FEE' , il faut avant tout qu'il soit capable de faire fondre la première couche de métal du disque EE' jusqu'à la circonférence de demi diamètre optique p = 9,375 rd. 20 Lorsque le faisceau laser arrive à la surface du métal qui est le plan d'entrée du tunnel, le déphasage longitudinal est bg-z=3 rd. Les tableaux T.9 et T.10 sont destinés à l'étude des caractéristiques énergétiques dudit plan d'entrée du tunnel. L'examen du tableau T.10 montre que la distribution de la puissance est trois fois plus étalée par rapport à la distribution d'un plan focal de l'espace libre, que le disque d'impact d'extension 25 minimale a pour demi diamètre optique r3m=5,5 rd environ pour lequel la puissance d'action unitaire atteint sa valeur maximale (Po /A)max =36,82 cm-1. Au delà de la circonférence du disque d'extension minimale, la décroissance de la puissance d'action unitaire est lente. Du fait de la lenteur de sa décroissance, Po /A conserve une valeur importante dans les zones de plus en plus périphériques où la contribution locale dPo /dA ( 2-n•lo-A) est de plus en plus 30 faible, et n'est plus représentative de l'effet thermique réel dans lesdites zones périphériques éloignées de la zone centrale du disque d'extension minimale, ladite représentativité n'étant assurée que si localement la contribution locale de la puissance d'action unitaire 2-n•lo-A qui détermine la température locale, soit au moins du même ordre de grandeur que Po /A. En effet, en partant de la valeur Po /A du disque de demi diamètre A, la puissance d'action 35 unitaire (Po+dPo) /(A+dA) du disque de demi diamètre A+dA se forme comme suit : (Po + dPo) /(A+dA)=[(Po/A)+(dPo/dA)-(dA/A)]/[1+(dA/A)] II apparaît que celle-ci résulte de la moyenne pondérée de la contribution Po /A avec le poids 1 et de la contribution locale (dûe à la bande circulaire agrégeante de largeur dA) 2-n-A-lo avec 2903923 49 le poids dA /A beaucoup plus faible que 1, si bien que la contribution locale 2-n-A-lo est, de façon disproportionnée, masquée par la puissance d'action unitaire globale résultante. Par exemple : A correspond à 131 = 8 rd ; A+dA correspond à 132 = 8,25 rd . dA /A=0, 25 /8. D'après le tableau T.10 pour p1=8 rd, Po /A =32,692 cm-1, dPo /dA 2-n-A-lo =15,083 cm-1 5 (Po + dPo) / (A + dA) = (32,692+15,083.0,25 /8) /(1+0,25 /8) = 32,158 cm-1 (le petit écart avec la valeur 32,137 cm-1 donnée par le tableau T.10 pour p2=8,25 radians, est dû au fait que dPo /dA est, dans un but de simplification, remplacée par 2-n-A-lo =15,083 cm-1 ) , ce qui représente une très faible diminution, à peine perceptible, par rapport à la valeur initiale du dis-que centrale Po/A=32,692 cm-1, alors que la contribution locale dPo/dA valant 15,083 cm-1 10 a beaucoup chuté à plus de deux fois plus faible que Po /A. En conclusion : dans la zone extérieure au disque d'extension minimale dans laquelle la puissance d'action unitaire Po /A est décroissante en fonction de p, la prévision des effets énergétiques doit s'appuyer uniquement sur les valeurs de la puissance d'action unitaire locale 2-n-A-lo de la zone considérée. En définitive, d'après les dernières colonnes du tableau T.10 15 les valeurs de la puissance d'action unitaire locale 2-n-A-lo étant si faibles ( jusqu'à plus de 5 fois plus faibles que la valeur maximale 36,819 cm-1 atteinte pour 13m=5,5 rd ) dans la zone périphérique du disque d'entrée du tunnel EE' que, dans les conditions normales de fonctionnement utilisant une valeur raisonnable de la puissance P du faisceau, la prémisse de dématérialisation par le faisceau seul du cône FEE' n'est pas matériellement réalisable, la 20 démonstration à savoir que lorsque le point focal effectif F du système classique est enfoncé à une profondeur z trop grande par rapport à la limite nucléaire focale Lo, par exemple bg-z=3 radians , (à noter à titre de réfférence que bg-Lo =1,4 /ao 2=1,4

/(1,25) 2=0,896 rd) , les rayons de lumière laser composant le faisceau ne

peuvent pas atteindre le point F en lignes droites dans leur ensemble , ce qui implique qu'ils y arrivent déphasés par suite des réflexions multiples sur les parois du tunnel et que par conséquent ledit point F a perdu sa propriété privilégiée d'être le point focal effectif du système, est achévée comme il fallait. L'examen de la découpe laser classique des métaux, en particulier de sa capacité en terme d'épaisseur L des plaques de métal coupées en fonction de la puissance de faisceau, est le moment cruxial du présent exposé sur le système classique. 30 Le premier point marquant est le plafonnement de la capacité de coupe classique : l'épaisseur maximale connue de coupe de l'acier de construction - qui de plus est faite sous l'assistance de l'oxygène - est entre 3 et 4 centimètres, avec un faisceau laser gaussien à CO2 dans la gamme de 6 kilowatt. On a envisagé de réaliser la coupe d'une plaque d'INOX de 3 cm d'épaisseur à l'aide d'un faisceau gaussien à CO2 de 6 kilowatt, mais à ce jour le résultat n'a 35 pas encore été confirmé ni dans un sens ni dans l'autre. Par ailleurs, bien que les laser de puissance beaucoup plus élevée existent, il n'a pas été fait état d'épaisseurs de coupe plus élevées alors que ce ne sont pas les besoins de coupe qui manquent. Force est de conclure que c'est la capacité de répondre aux besoins qui a fait défaut. Plus exactement,c'est la chute 2903923 50 rapide des caractéristiques énergétiques unitaires c'est à dire de la performance, dans le domaine de coupe des grandes épaisseurs, qui rend le procédé de coupe laser anti-économique à tel point que ce dernier s'est fait éliminer de la compétition technologique devant d'autres procédés traditionnels moins coûteux et jugés acceptables du fait de la carence du système 5 laser classique dans ledit domaine d'épaisseurs de coupe. L'épaisseur maximale de coupe d'une machine laser de puissance donnée est connue, elle est indiquée par le fabricant de la machine sur les fiches techniques souvent sous forme de courbe de performance de coupe représentant la vitesse de coupe portée en ordonnéé en fonction de l'épaisseur d'un métal donné portée en abscisse, pour une puissance donnée du 10 faisceau de longueur d'onde donnée, avec indication de la distance focale utilisée. D'où est déduite la valeur du paramètre bo. L'abscisse du dernier point de la courbe, de vitesse nulle ou quasi nulle, définit l'épaisseur maximale L de la coupe. Le critère de l'épaisseur optique bol associée à chaque coupe préside au présent examen de la coupe classique. Les caractérisques énergétiques de la tâche d'impact de l'extrémité de 15 sortie du tunnel de coupe classique qui ne sont pas calculables à cause de la mise en jeu d'un nombre élevé de paramètres non maîtrisés ( chemins optiques en zigzags compliqués qui dépendent de surcroît de la qualité des parois qui dépend à son tour du hasard et de l'habileté hypothétique et aléatoire de l'opérateur classique, espace minimal de passage dans le tunnel non défini, etc ...) sont évaluées à l'aide de leurs limites supérieures qui ne peuvent pas être 20 atteintes par le système classique. Lesdites limites supérieures sont les caractéristiques énergétiques du disque centré sur l'axe optique focal de demi diamètre optique p=3,6 radians situé dans le plan transversal de l'extrémité de sortie du tunnel de coupe, calculées dans les conditions telles que chaque point dudit disque soit accessible en lignes droites par tous les rayons de lumière laser composant le faisceau depuis la surface d'onde formée à la sortie 25 immédiate de la "lentille". Tout se passe comme si la masse de métal était transparente au faisceau laser ! Lesdites caractéristiques énergétiques limites supérieures sont de ce fait les caractéristiques fictives mais dont l'intérêt réside dans la certitude que leurs valeurs qui sont les fonctions du déphasage et qui sont calculables sont supérieures aux valeurs correspondantes classiques réelles tout en étant les plus proches, ce qui fait d'elles un outil compara- 30 teur de choix pour l'évaluation des conséquences du déphasage donc de l'épaisseur optique bo-L sur la performance de coupe . La puissance d'action unitaire dudit disque terminal est calculée en fonction de l'épaisseur optique bg-L (en radian ) du tunnel (où bg=bo lao' avec ao =1,25) , le plan focal effectif coîncidant avec le plan d'entrée du tunnel . Ses valeurs sont consignées dans le tableau T.11 ci-dessous. 35 Tableau T.11 I bg-L j 0 1 1 I 2 I 3 I 4 j 5 1 827 1 9.92 1 14,88 1. 1 Po 1 0,94 1 0.85 j 0,62 1 0.38 I 0,22 1 0,15 1 0.0593 j 0,04381 0.01981 La lecture du tableau T.11 montre que la puissance unitaire Po qui est le pourcentage de la 2903923 51 puissance P du faisceau focalisé (3) confiné à l'intérieur du disque considéré est nettement décroissante en fonction de l'épaisseur optique bg-L. La dernière colonne du tableau T.11 est éloquente où on peut lire Po=0,0198 pour une longueur optique bo-L=(1,25) 2.14,88=23,25 rd soit 16,61 fois la limite nuccléaire focale. La différence, entre les 94% de la puissance qui ont 5 pénétré dans le tunnel et les 2% qui restent confinés dans le disque de sortie du tunnel , est dispersée partout où celà est possible, c'est à dire sur les parois du tunnel.

La coupe laser classique du métal se fait de façon empirique et irrationnelle : l'utilisation de l'oxygène appliquée à la coupe de l'acier dit noir, de l'acier innoxydable et même de l'aluminium en est l'illustration. La coupe laser sous l'assistance de l'oxygène est hasardeuse dans 10 le sens que ses résultats ne se recoupent pas de façon reproductible, c'est pourquoi il n'y a pas d'intérêt à la présenter ici sauf pour dire que même aidée par l'énergie provenant de la combustion, la coupe laser de l'aluminum n'a pas amélioré sa performance qui est d'une médiocrité notoire. Trois cas de coupe de l'INOX sous jet de gaz d'azote sont examinés correspondant aux trois 15 dernières colonnes du tableau T.11. Les valeurs limites supérieures des puissance d'action P' /A (watt /cm) doivent permettre de révéler, à travers leur concordance ou divergence apparente, le contenu physique et circonstancielle de la coupe laser classique. 1) Coupe de l'INOX sous 15 bars d'azote [ d'après les fiches techniques de PRC LASER ] ; puissance du faisceau P=2200 watt ; faisceau gaussien ; diamètre à 1 /e' Dg=1,5 cm ; 20 diamètre extérieur Do=1,8 cm ; ao=1,811,5=1,2 ; longueur d'onde À-0,00106 cm ; distance focale effective f=5.2,54=12,7 cm ; d'où bg=10,34 radians /cm ; capacité de coupe L = 0,8 centimètre. D'où bg-L=8,27 radians. Le tableau T.11 donne : Po=0,0593 Po/A=7,21 cm-1 P'/A=15871 watt /cm. Remarque : pour la totalité des calculs du présent document, la valeur de ao est prise égaleà 25 la moyenne courante 1,25. On peut s'assurer que la variation de toutes les caractéristiques énergétiques en fonction de ao étant très lentes, de petites fluctuations des valeurs pratiques de ao autour de 1, 25 n'altèrent en rien l'exactitude des résultats. 2) Coupe de l'INOX sous 15 bars d'azote ; puissance du faisceau P=3500 watt ; faisceau gaussien de longueur d'onde À=0,00106 cm ; diamètre à 1 /e' Dg=1,8 cm ; diamètre extérieur 30 Do=2,2 cm ; ao=2,2 /1,8=1,22 ; distance focale effective f=7,5.2,54=19,05 cm ; d'où bg=6,615 rd /cm ; capacité de coupe L=1,5 cm ; d'où bg-L=9,92 radians . Le tableau T.11 donne : Po = 0,0438 Po/A= 4,26 cm-1 P'/A=14913 watt /cm. 3) Coupe de l'INOX sous 15 bars d'azote avec le même faisceau doté de la même puissan-35 ce P=3500 watt qu'en 2); distance focale effective f=5.2,54=12,7 cm ; d'où bg=14,88 rd /cm ; capacité de coupe L=1 cm ; d'où bg-L=14,88 radians . Le tableau T.11 dpnne : Po = 0,0198 b Po /A = 2,89 cm-1 P' /A = 10116 watt /cm. Ce qui ressort avec force est l'extrême faiblesse de la valeur des performances représentées 2903923 52 par les puissances d'action unitaires Po /A , et ces dernières ramenées sous la forme (...) //L ( où le symbole " / " représente l'opération mathématique de racine carrée) à fin de comparaison avec la valeur 25 /VL obtenue par le système à noyau focal de la présente invention, sont pour les trois cas, L étant exprimée en cm , respectivement de : 5 6,45 i/L 5,22 /VL 2,89 //L (en cm-1 ) Le troisième cas prsente une valeur P' /A qui est de 10116 watt /cm et qui s'écarte d'environ 50% des deux cas précédents. Ce dernier cas est aussi celui où la dispersion de la puissance laser sur les parois du tunnel de coupe est la plus forte à cause de la plus forte valeur de l'épaisseur optique bg-L qui est de 14,88 rd . La logique inhérente et sous-jacente à cette discordance apparente implique que cette dernière doit être contre balancée par le fait que la convection gazeuse de l'azote a joué un rôle dans la récupération de la chaleur dispersée sur les parois du tunnel pour la projeter sur la tâche d'impact. Etant donné que les valeurs de n-K•To /E correspondant à la température To de fusion des différentes catégories de l'INOX sont comprises entre 25000 watt /cm et 40000 watt /cm, il en 15 résulte que la valeur du facteur y mentionné à la page 12 du présent document est nettement supérieur à 2, dans les conditions bien particulières propres à la coupe laser classique caractérisée par une grande dispersion de l'énergie laser sur les parois du tunnel de coupe. Il faut tout de suite dissiper l'illusion sur le rôle et l'efficacité de la convection gazeuse. Car son rôle est dû à la grande quantité d'énergie disponible ! sur les parois et à la circonstance d'une 20 longueur de tunnel assez petite, son innefficacité est évidente devant la conductivité thermique des métaux contre laquelle seule une concentration suffisante de puissance, c'est à dire une puissance d'action P' /A suffisante telle que prévue par l'équation d'ajustement ( EQ.RPA Bis) et parfaitement maîtrisée tout le long du tunnel, est capable de lutter efficacement pour obtenir une coupe de qualité contrôlée avec une vitesse prévisible (à partir de la seule con- 25 naissance des paramètres physiques accessibles des matériaux et des métaux) . En conclusion du présent exposé sur le système classique, la défaillance de ce dernier est imputée au concept de " tâche focale réduite inconditionnelle " dont le rôle est néfaste dans la fixation du système conceptuel classique et qui est parfaitement illustré par les trois cas de coupe de l'INOX sous haute pression d'azote où on a pu noter dans le dernier cas la limite 30 tolérable de l'incohérence, ladite limite étant concrétisée par l'extrême faiblesse de la fraction de la puissance ( moins de 2%) restant confinée dans la tâche d'impact de sortie du tunnel , ce qui explique la limite de capacité de coupe classique au delà de laquelle la coupe est bloquée, une augmentation de la puissance P étant quasi inopérante. Le tableau T.12 doit permettre de connaître la valeur numérique du maximum théorique mais 35 irréalisable de (Po /A)-VL sur le disque de sortie du tunnel de longueur L donnée. Tableau T.12 141 I 1 I 2 I 3 I 4 1 5 1 S I I (Po /A) •/ L f 32.19 I 33,03 1 24.81 1 16,84 1 12,65 1 10,58 l 2903923 53 Une remarque préliminaire : les valeurs des puissances d'action unitaires Po /A du tableau T.12 ainsi que la valeur maximale 25 //L obtenue pour le système à noyau focal pour la puissance d'action unitaire du disque de sortie du tunnel de longueur L, ont été calculées pour la longueur d'onde du laser à CO2 soit 0,00106 cm ; pour toute autre longueur d'onde A. (en 5 centimètre ) il suffit de mutiplier par V(0,00106 /À) les valeurs desdites puissances d'action unitaires pour obtenir les valeurs des grandeurs homologues correspondant à la longueur d'onde À pour les mêmes valeurs des épaisseurs optiques bo-L Par exemple, les valeurs des puissances d'action unitaires Po /A pour le laser YAG de longueur d'onde À=0,000106 cm sont /10 fois celles calculées pour le laser à CO2 sus mentionnées. 10 Le tableau T.12 utilisant les valeur de la puissance unitaire Po du tableau T.11 représente les valeurs des puissances d'action unitaires Po /A du disque de sortie de demi diamètre optique 5=3,6 radians du tunnel de longueur L, qui ne pourraient être obtenues que si tous les rayons de lumière laser composant le faisceau pouvaient cous et sans aucun entrave ri empêche-ment par aman deux attendre en lignes droites n'importe quel pont du critique de salie du 15 tunnel sans même avoir à passer pr rentrée duit tunnel par certains deux qui autrement auraient soit à subir des déphasages agravés dûs au cheminement en zigzags vrillants comprimés à l'intérieur du tunnel, soit simplement manqué leur destination par empêchement ou snpossi*é géométrique. Vue la nature physiquement surréaliste des conditions qui accompagnent leur réalisation, 20 lesdites valeurs des puissances d'action unitaires sont seulement des valeurs calculables mais physiquement irréalisables. Le but de leur présentation est de faire connaître leur maximum absolu soit 33 //L Or force est de constater que, d'une part ce maximum absolu n'est pas de valeur plus élevée que la valeur de Po /A obtenue par le système à noyau focal pour le disque d'impact d'extension minimale à l'entrée du tunnel de coupe ( pour 4o=bo-L=1 radian ) 25 soit 32,3 //L et d'autre part ledit maximum absolu n'est supérieur à la valeur 25 //L ( obtenue pour .4)0=1 rd) pour le disque de sortie du tunnel de coupe qu'en étant séparé par un fossé de largeur raisonnablement modérée, par ailleurs réductible par un relèvement circonstanciel de régime de fonctionnement au dessus du régime minimal comme expliqué quelques lignes plus bas. Ledit fossé s'explique par l'impossibilité d'accession à des zones plus étendues du 30 disque de sortie du tunnel pour une partie des rayons de lumière laser les plus marginaux, ( voir le paragraphe suivant consacré au faisceau dans le tunnel) , ce qui implique une puissance unitaire Po moindre, d'où résulte naturellement une valeur moindre de la puissance d'action unitaire soit 25 //L En fin de compte, la valeur 25 //L s'avère être la plus grande va- leur possible de la puissance d'action unitaire physiquement réalisable sur le disque de sortie 35 du tunnel de longueur L donnée, ce qui démontre la supériorité absolue du système à noyau focal pour la coupe. La démonstration vaut pour tous les laser de puissance notamment pour le laser YAG d'après la remarque préliminaire faite ci-dessus. Il faut noter que la valeur 25 //L se réfère à un régime de fonctionnement minimal utilisant une 2903923 54 puissance P de faisceau juste suffisante pour réaliser la coupe d'épaisseur L donnée. Au cas où pour de multiples raisons le régime de fonctionnement se trouve relevé au-dessus du régime minimal de fonctionnement utilisant une puissance de faisceau P beaucoup plus élevée par rapport à la valeur minimale requise, l'excès de puissance disponible pourrait contri- 5 buer à élargir quelque peu le volume de passage dans le tunnel par rapport à l'espace minimal de passage prévu ( voir paragraphe suivant ), ce qui contribue à ce qu'un nombre plus élevé de rayons de lumière laser les plus marginaux qui étaient dans l'impossibilité géométrique de le faire en régime minimal de fonctionnement, de participer à l'interférence constructive, ce qui en fin de compte contribue à relever au-dessus de 25 //L ( cm-1 ) la valeur de la puissance 10 d'action unitaire du disque de sortie du tunnel , ce qui réduit positivement le petit fossé qui la sépare du maximum absolu, la puissance excédentaire étant convertie en accroissement de vitesse de coupe. La valeur de l'épaisseur optique (po du noyau focal (co < 1,4 rd) détermine le niveau du maximum de la puissance d'action unitaire du disque d'extension minimale de sortie du tunnel en 15 même temps que celui de l'entrée soit 32 • /( o IL) (cm-1) environ. Le niveau maximal 25,24 IVL (cm-1) environ se produit autour de 4o = 0,9 rd de façon assez étalée c'est à dire que pour une valeur (po de l'intervalle [ 0,8 ;1 ] , la puissance d'action unitaire du disque d'ex-tension minimale de sortie reste au dessus de la valeur 25 WL ( cm-1 ). Même à (po =1,4 rd, Po /A( (po =1,4 rd) = 22,56 //L ( cm-1 ), ce qui offre une marge commode pour le choix de (po. 20 Mais une valeur de (po petite peut être préférable, par exemple (1)0=1 radian, car elle offre une marge opératoire plus grande. En effet, soit L l'épaisseur de la plaque à couper et soit bo la valeur du paramètre instrumental choisie telle que bo-L=1 rd. Sans changer d'instrument on peut couper des épaisseurs plus grandes jusqu'à 1,4 • L tout en bénéficiant des belles performances quasi maximales du noyau focal. Pour couper des épaisseurs encore plus grandes 25 L' telles que bo-L' dépasse 1,4 rd, il est préférable de changer la valeur du paramètre instrumental bo pour ramener la nouvelle épaisseur optique dans le domaine optimal du noyau focal. Si non, et si ledit dépassement de l'épaisseur optique est modéré, la baisse de performance prévue pour la coupe reste à un niveau acceptable et peut être freinée éventuellement en relevant le régime de fonctionnement comme expliqué un peu plus haut. 30 La présente question examine comment et sous quelle condition le faisceau laser réalise ses caractéristiques énergétiques sur le disque de sortie du tunnel de coupe de longueur L logé entièrement dans le noyau focal d'épaisseur L Le traitement étant le même quelle que la structure spatiale et la longueur d'onde du faisceau, aussi le présent traitement porte sur un faisceau gaussien à CO2 de longusur d'onde x=0,00106 cm sans que la portée générale de la 35 conclusion soit restreinte. Soit considéré dans le champ de phase focal (4) l'espace contenant le point focal effectif F en son intérieur, encadré par deux plans transversaux c'est à dire orthogonaux à l'axe optique focal O'F (on se reporte à la figure Fig.9) P1 et P2 séparés par une distance L , P1 étant en 2903923 55 amont et à la distance Lt de F, P2 étant en aval et à la distance L2 de F telles que Li +L2 = L " Amont - aval " se réfère au sens de propagation du faisceau laser. Par la présente définition l'espace d'épaisseur L ainsi délimité est un noyau focal si l'épaisseur optique 4o=bo-L satisfait l'inégalité (po < 1,4 radian. Pi est le plan d'entrée et P2 le plan de sortie du noyau focal. 5 Accouplées à sa qualité optique inhérente au déphasage longitudinal favorablement modéré pour l'ensemble de ses points, ce sont les propriétés géométriques du noyau focal qui en font le champ de phase focal d'exception dans lequel le tunnel est réalisé par le faisceau laser de la meilleure façon qui soit à tous les points de vue, optique et énergétique. Soit O" le point d'intersection de l'axe optique O'F avec le plan de sortie P2 du noyau focal. 10 Soit r le demi diamètre géométrique de la circonférence découpée dans le plan d'entrée PI du noyau focal par le cône O"QQ' s'appuyant sur le contour extérieur QQ' de diamètre Do du faisceau laser à son émergence immédiate de la "lentille" , on peut écrire : r /L = Do / [ 2- (f +L2) ] < Do / (2-f) = eo r < L-eo ce. 5=2n 50-r /À < 2bo-L = 24)o < 2,8 rd L'inégalité 13<2,8 rd signifie que le tronçon de cône EE'SS'o de la figure Fig.9 qui est le prolongement du tronc ce cône OQ'EE' s'appuyant à la fois sur le contour extérieur QQ' du faisceau à l'aval immédiat de la " lentille " et sur la circonférence EE' du plan d'entrée PI centrée en O' de l'axe optique O'F de demi diamètre optique 2,8 radians , transperce le noyau focal en dé-coupant dans le plan de sortie P2 la circonférence SS' centrée en O" et en passant entière-ment à l'intérieur du cylindre coaxial à l'axe optique O'F dont l'une de ses deux bases est le 20 disque d'entrée EE' , et tel que sa pointe dépasse (au moins ) le plan de sortie P2 . C'est dans ce cylindre que le tunnel de coupe sera réalisé par le faisceau laser lorsque ce dernier aura reçu de la part du conducteur de la machine laser la puissance P nécessaire à ce que la puissance d'action (Po /A) - P du disque de sortie dudit tunnel soit capable de mettre en état de fusion le métal à couper. Lorsque l'on décide de faire le traitement de surface, 25 n'importe quel plan transversal du noyau focal peut être choisi pour coïncider avec la surface du métal qui reçoit l'impact du faisceau laser, et le plus simple c'est de choisir le plan focal effectif pour cet effet; les caractéristiques géométrico ondulatoires du noyau focal consistent en ce que l'aire n-A' de la tâche d'impact de traitement de surface à l'intérieur de laquelle l'essentiel de l'énergie laser est distribué selon une fonction de répartition régulière, peut prendre 30 des valeurs variables selon la volonté du conducteur de la machine laser, selon la formule suivante : rc-A' _(5/2)'-À.-L/(po où R qui est le demi diamètre optique de ladite tâche d'impact a une valeur fixée résultant de l'analyse de la répartition énergétique dans ladite tâche d'impact. 35 Les études des propriétés optiques et énergétiques du noyau focal présentées précédemment à travers les tableaux T.3, T.4, T.5, T.6, T.7 et T.8 ont permis de fixer la limite de régularité à 13=3,2 rd. Alors, en prenant (i)o = 1 rd pour fixer les idées, voici la formule opératoire : n - A' = 2,56 - À-L (cm2 ) 2903923 56 Deux exemples couplés aident à préciser les modalités d'emploi du noyau focal : Pour obtenir une tâche d'impact de traitement de 1,5 millimètre de diamètre, il faut créer, en adaptant le paramètre bo de sorte que l'on ait bo-L=1 radian, un noyau focal doté d'une épaisseur géométrique L=6,5 cm, alors que ce même noyau focal utilisé pour la coupe d'une pla- 5 que de métal ayant la même épaisseur L = 6,5 cm en donnant à la puissance de faisceau P la valeur requise pour cet effet fera, dans la masse du métal, une fente légèrement bizeautée dont la largeur d'entrée ( qui est le diamètre du trou d'entrée du tunnel de la coupe ) est de l'ordre de 2,8-1/(À-L In) =1,3 millimètre, la largeur de sortie étant de l'ordre de 0,6.1,3.0,8 mm . Il faut noter que dans la définition du noyau focal l'imprécision des distances LI et L2 laisse 10 une marge de liberté de positionnement par rapport à la position optimale donc préférée ( qui minimise le déphasage bo-z dans le noyau focal où -0, 7 rd < bo-z < +0,7 rd, la valeur absolue de z étant la distance par rapport au point focal effectif F d'un plan transversal considéré à l'intérieur du noyau focal ) définie par l'égalité LI = L2 = L /2 , grâce au fait que la distance fo-cale effective f' est très grande devant l'épaisseur géométrique L du noyau focal , en effet en 15 prenant Do--2 cm (ce qui est une valeur moyenne courante pour les faisceaux de la gamme de moyenne puissance ) et en prenant la longueur d'onde du laser à CO2 soit À=0,00106 cm , on peut constater que : 4)o<1,4 f' /L=[n-Dot/(4A-L-4)o) 1/-[n/(~-$o)-1 //L>46//L 1 la forte inégalité se maintient pour toutes les valeurs pratiques possibles de L (en centimère ), 20 devient encore plus forte pour une longueur d'onde plus courte comme celle du laser YAG par exemple laquelle est dix fois plus courte que celle du laser à CO2 . La hauteur O'o du tronçon de cône EE'Q est telle que : EE' /O'o = Do / (f-L /2 + O'o) - Do If = 2-eo c O'o - bo =1,4 radian (=1,2 radian pour un faisceau à structure spatiale uniforme). O'o n'est autre que la limite nucléaire focale Lo . 25 La coupe selon le système à noyau focal de la présente invention est telle que la réalisation du tunnel par le faisceau vise impérativement ( toute condition nécessaire et suffisante qui est réduite à la fourniture d'une valeur minimale de la puissance P du mode fondamental du faisceau, étant préalablement satisfaite) la réalisation d'un espace minimal de forme tronconique dont le disque d'amont a pour demi diamètre optique [3=2,8 radians et le disque d'aval, en 30 chaque point duquel interfèrent les rayons qui arrivent en lignes droites depuis la surface d'on-de à la sortie immédiate de la " lentille ", qui est le disque d'impact d'extension minimale de l'extrémité de sortie du tunnel a un demi diamètre optique de l'ordre de 0,6 =1,68 radian . L'évaluation de ladite condition nécessaire et suffisante à satisfaire se ramène à l'évaluation des caractéristiques énergétiques comme de la puissance d'action unitaire sur le disque de 35 sortie du tunnel . Voici comment : Avec 4)0=1 rd, (il faut se reporter à la figure Fig.9) le cône O0'EE'SS'o découpe dans le plan de sortie P2 du noyau focal le disque SS' dont le demi diamètre optique [3 est de R=0,8 radian d'après un calcul de géométrie élémentaire. En chaque point dudit disque SS' l'amplitude d'où 2903923 57 résulte l'intensité provient de l'interférence constructive de la totalité des rayons de lumière laser composant le faisceau qui y arrivent tous en lignes droites. Mais en un point P " du plan P2 situé à l'extérieur du disque SS' , seule une partie des rayons composant le faisceau laser qui pénètrent dans le tunnel de coupe peuvent arriver en lignes droites pour y interférer. Ladite 5 partie est d'autant plus réduite que le point P " considéré est plus éloigné de l'axe optique. En rapportant le plan P2 à un repère orthonormé (x ; y) centré en O " tel que le point P " considéré a pour coordonnées (0 ; n -8o) où n est un nombre positif plus petit que l'unité et so est le demi diamètre géométrique du trou d'entrée du tunnel EE' , il s'avère que peuvent atteindre en lignes droites ledit point P " du plan P2 ceux des rayons de lumière laser qui proviennent de la 10 zone notée Zq du plan tangent à la surface d'onde située à la sortie immédiate de la " lentille " et constituée ( comme illustrée sur la figure Fig.11) par deux demi disques DP et DG accolés par leur diamètre commun situé dans le plan (O"x, F) et parallèle à l'axe O"x ; DP qui est plus petit, est situé du même côté que le point P " par rapport au plan (O"x, F) et a pour diamètre q-Do , q étant un nombre compris entre zéro et un ; DG situé du côté opposé à P " a le même 15 diamètre Do que le faisceau entier , q et n étant liés par la relation suivante : n=1 -(L/Lo)-q=1 -(80/1,4)-q=1-q/1,4 En effet, soit P un point quelconque appartenant à la zone Zq et soit P ' le point d'intersection du plan Pt avec le segment de droite PP ", la présente invention révèle que le point P ' appartient au disque d'entrée du tunnel EE' centré en O' dont le demi diamètre est noté 6o. Par rap- 20 port au repère orthonormé (x ; y ; z) centré en O", l'axe des z étant porté par l'axe focal O"F, les coordonnées des trois points P " , P ' et P sont notées respectivement comme suit : P": (0;n-8o; 0). P': (x;y;L). P : (X;Y;f'-i-L/2). En exprimant que P"P et P"P' sont parallèles et en négligeant L /f ' devant l'unité, ce qui est légitime dans le cas présent d'après une démonstration précédente, il se fait que : 25 x=(L/f')-X et y=rl-so+(L/f')-Y d'où résulte l'expression attendue du carré de la distance O'P' : x2+y2=(L/f')2-(X2+Y2)+n2-802+2-n-6o-(L/f')-Y (EQ.INEQ) - Ou bien P appartient à DP de diamètre q-Do , ce qui fait que 0 < Y < q-Do /2 et que : (X2+Y2)/(f')2 <q2-6o2/Lo2 et Y/f'<q-So/Lo 30 puisque d'une part Lo - eo = so et que d'autre part (Do /2) / f ' = eo . Il en résulte que : (x2+y2)/So2<(L/Lo)2-q2+r2+2-n-q•L/Lo=(L/Lo-q+n)2=1. Donc O'P' < so c'est à dire que le point P' est à l'intérieur du disque d'entrée du tunnel EE' . - Ou bien P appartient à DG de diamètre Do , ce qui implique Y < 0 et par suite l'inégalité 35 suivante : x2 +y2 <(L/f' )2 -(X2 +Y2 )+n2 -s02 D'où il résulte : O'P' /6o< [ (1 /1,4) 2 + n 2 ]" Pour que le membre de droite de l'inégalité soit de valeur inférieure à l'unité, il suffit que la 2903923 58 valeur de n soit inférieure à 0,6999. Or il se trouve que d'une part pour le cas présent où (po vaut 1 radian, la valeur de n qui correspond à l'extension minimale du disque d'impact de sortie du tunnel considéré est 0,625 environ et que d'autre part de façon générale pour d'autres valeurs de 4)o < 1,4 rd ladite valeur de n correspondant aux disques d'impact d'extension mi- 5 nimale oscille autour de la valeur moyenne de l'ordre de 0,6. En définitive, pour le présent cas où (po = 1 rd et plus généralement pour toute valeur de 4)o < 1,12 rd, l'inégalité O'P' < 6o est satisfaite pour la totalité des points P " couvrant le disque d'impact d'extension minimale de sortie du tunnel . Et plus généralement encore parmi les valeurs de (po > 1,12 rd , celle qui apparemment pourrait poser le plus de problème est la valeur (1)0=1,4 rd. Même pour ce cas 10 limite, l'analyse minutieuse de l'équation (EQ. INEQ) révèle que c'est seulement pour une infime partie des rayons, ceux provenant de deux zones symétriques proches du diamètre commun et de la circonférence du demi disque DG , que le point P' où le rayon de lumière laser PP " rencontre le plan d'entrée du tunnel Pt ne satisfait pas l'inégalité O'P' < 6o c'est à dire déborde légèrement le disque EE' d'entrée du tunnel et qu'il suffit de remplacer la zone Zq 15 par la zone Z'q ( voir figure Fig.12) laquelle dérive de Zq par amputation de deux petites zones symétriques en forme de deux triangles curvilignes, pour chacun des deux " triangles " le côté curviligne étant porté par l'arc de la circonférence du demi disque DG mesurant un peu moins de 18 degrés d'arc et le côté porté par le diamètre en partant de l'extrémité de ce dernier mesurant Do /10 ,( l'ensemble des deux " triangles " totalisant un peu moins de 4% d'aire du 20 demi disque DG) , pour que de nouveau l'ensemble des rayons PP " émanant de la zone Z'q passent par un point P' intérieur au disque d'entrée EE' . Vu que la différence de contribution est faible entre les rayons émanant de Zq d'une part et les rayons émanant de Z'q d'autre part, il est donc fondé de conclure que les calculs de l'amplitude et par suite de toutes les caractéristiques énergétiques qui en découlent en chaque point P " du disque de sortie du tunnel peu- 25 vent s'effectuer, avec une bonne exactitude, sans avoir à s'astreindre à opérer des corrections de principe du type Z'q telles que montrées ci-dessus, pour le cas des valeurs de (po comprises entre 1,12 rd et 1,4 rd, à l'aide des rayons de lumière laser émanant des zones Zq , exactement de la même façon que pour le cas des valeurs de )o < 1,12 rd auquel cas aucune nécessité de correction de principe ne s'est imposée. 30 En tout point du plan P2 situé à l'intérieur du disque SS' l'amplitude ainsi que les caractéristiques énergétiques qui en découlent se calculent de façon habituelle à l'aide du faisceau entier ( on peut utilement remarquer que ce dernier émane de Zi correspondant au cas où q=1 ). En un point P " du plan P2 situé hors du disque SS' défini par sa phase transversale [3=2,8-n (rd), sa phase longitudinale étant -4) o /2 , l'amplitude complexe est dûe à la partie du faisceau qui 35 émane de Zq et est égale, à un facteur de proportionnalité près, à la somme de deux termes notée Amq comme suit : Amq =1 /2 - A(q ; 2,8-n ; ù(po /2) + 1 /2 -A(1 ; 2,8-n ; -4)o /2) 1 /2 - A(q ; 2,8n ; -4)o /2) est dû à la contribution des rayons émanant du demi disque DP . 2903923 59 1 /2 - A(1 ; 2,8n ; -4)o /2) est dû à la contribution des rayons émanant du demi disque DG, c'est à dire de la moitié du faisceau. Chacun des termes A(q ; 2,8n ; ù~o /2) et A(1 ; 2,8n ; -4)o /2) est égale à une intégrale de la forme suivante : 5 Jt - Jo(2,8-n-t /1,25) - exp {-t 2 - [1 +j-4o /(2.1,5625) l } dt où ao 2=1,5625 et j2=-1. l'intégrale devant s'effectuer de t=0 à t=1,25-q pour le premier d'une part, et de t=0 à t=1,25 pour le second d'autre part ; Jo est la fonction de Bessel de première espèce d'ordre zéro. L'intensité unitaire lo(P ") proportionnelle au module carré de Amq soit 1 Amq 1 2 est : lo(P ")=8-bg/{ À•[1-exp(-3,125)]}-1AmgV 10 La puissance unitaire Po se calcule à partir de l'intensité unitaire Io. La différentielle dPo est : dPo = Io d [ (3 /2) - À Ibo]. 4 /{1,5625 -[1-exp(-3,125) ]l - p - d3 - I Amq 12 La puissance unitaire Po portée par le disque de demi diamètre optique donné s'obtient par une intégrale de dPo en portant la variable 3 de zéro jusqu'à la valeur indiquée du demi diamètre optique. 15 Ladite intégrale peut être remplacée, à la précision relative près, par une sommation pour une raison dûe à l'extrême lenteur de calcul sur les machines calculatrices. Pour ce, soit posé : q = q(s) =1-s /40 où s est un nombre entier naturel de l'intervalle [0 ; 40] b R = 2,8-n = 2,841ù4)o /1,4(1-s /40) ] = 2,8-2-4)o + 0,05 - s et d 3=0,05 - 4o En remplaçant q et n par leurs expressions correspondantes dans la formule donnant Amq, 20 cette dernière devient Amq(s). L'exemple de calcul suivant est donné pour .o = 1 radian. Soit, 4o /1,5625 = 0,64 radian. La puissance unitaire Po portée par le disque de demi diamètre optique égal à R =1,75 rd par exemple ( ce qui correspond à s =19) est donnée par la somme indexée par s qui prend des valeurs entières de 1 à 19 , portant sur l'expression mise entre l'accolade { ... } : 25 Po(s=19) = Po(s=0)+E (i≤ s ≤19 ) { 4(0,8+0,05-s)-0,05-lAmq(s)f 2 /[1,5625-(1-exp-3,125) l } avec Po(s=0) = { 1 / [ 1-exp(-3,125) ] } - { 1-exp [-2 - (0,8 /1,25) 2 - Mg(-0,32) ] } avec Mg(-0,32) = Mg(+0,32) = If t - exp [-t 2 - (1 j-0,32) ] dt 1 2 où l'intégrale est à effectuer entre t=0 et t=1,25 . Il se trouve que : 30 Po(s=0) = 0,123449 Po(s=19 ou 3=1, 75 rd) = 0,402451 et Po /A (3=1,75) = 25,0396 /,/L ( cm-1) (L en cm ) C'est la valeur maximale de la puissance d'action unitaire Po /A dans le plan de sortie du tunnel pour la valeur (1)0=1 rd de l'épaisseur optique du noyau focal . La valeur de n associée à 3=1,75 rd où Po /A atteint son maximum, est n=1,75 /2,8 = 0,625. 35 En effet, pour s=18 donc 3=1,7 rd , Po /A (3=1,7 rd) < Po /A (3=1,75 rd) ; plus précisément : Po((3=1,7 rd) = 0,390638 et Po /A (3=1,7 rd) = 25,0194 //L (cm-1 ) De même, pour s=20 donc 3=1,8 rd, Po /A (3=1,8 rd) < Po /A (3=1,75 rd) ; plus précisément Po((3=1,8 rd) = 0,413718 et Po /A (3=1,8 rd) = 25,0256 /,/L (cm-1 ) 2903923 60 La position du maximum de Po /A définit le demi diamètre optique 13 du disque d'impact d'ex-tension minimale de sortie du tunnel, soit 5=1,75 rd avec n =1,75 /2,8 = 0,625 . La valeur de n ainsi précisée définit dans l'axe du tunnel l'espace minimal tronconique ( tel que 5=2,8 rd pour le trou d'entrée du tunnel et 13=2,8 . n =1,75 rd pour le trou de sortie ) que le 5 faisceau du présent système à noyau focal dématérialise dès que soit réalisée la condition ( suffisante ) que le mode fondamental du faisceau soit alimenté par une puissance P de telle sorte que lapuissance d'action du disque de sortie soit (25,04 //L)•P ( watt /cm ) - L étant en cm - soit suffisante pour faire fondre sous son impact le métal que l'on envisage de couper. ( Chaque métal particulier nécessite une valeur particulière de P ; la formule telle que 10 (EQ. RPA Bis) peut être une aide précieuse pour la détermination de la valeur requise de P ). Ladite dématérialisation tout le long du tunnel se fait avec constamment le même ensemble des Zq d'où sont partis les groupes sucessifs des rayons laser pour trasverser le tunnel en lignes droites, à l'intérieur dudit espace minimal tronconique aménagé par et pour eux. Le caractère suffisant de la dernière condition découle du fait que la valeur (25,04 //L) - P 15 (watt /cm ) étant faite suffisante pour fondre le métal sous son impact, n'importe quel disque de l'espace minimal tronconique du tunnel en amont du plan de sortie se trouve sous l'impact d'une puissance d'action plus que suffisante pour le même effet. A titre indicatif qui aide à fixer les idées, la valeur de la puissance d'action du disque de l'espace minimal tronconique situé à la mi-profondeur du tunnel, soit dans le plan focal effectif, ( dont le demi diamètre optique est 20 5=2,275 rd y confinant 65% de P ) est : (31,11 //L)-P (watt /cm ) (la valeur maximale atteinte dans ce plan est (31,36 //L)-P ( watt /cm ) pour 5=2,125 rd) ; celle du disque de l'entrée du tunnel est : (32 //L)-P ( watt /cm), P étant exprimée en watt et L exprimée en cm. Par un calcul identique à celui qui vient d'être exposé dans ses détails et dans son principe et qui a permis de montrer comment les performances éminentes qui fondent la supériorité ab- 25 solue du système à noyau focal sont obtenues dans la réalité, sont obtenus les tableaux T.13 et T.14 pour les faisceaux à structures spatiales gaussienne et uniforme respectivement. Tableau T.13 30 I Po /A (cm-1) J 25,09 //L 1 25.24 /VL j 25,17 //L 125.04 //L J 24.831/L 122,56 //L j Tableau T.14 I qo ( rd) I 0.55 I 0.6 I 0.65 1 0.75 I 0.85 I 0,9 I 35 J R (rd) 1 1,5475 I 1.5 I 1.4575 I 1,3875 I 1,3375 I 1,32 1 I n = [312,4 [ 0,645 1 0,625 I 0.607 I 0,578 j 0,557 J 0,55 1 I Po I 0.4261 J 0,3999 1 0.3746 J 0,3271 I 0.2845 I 0,2654 I I Po /A (cm-1) 1 22.24 //L 1 23,41 //L 1 22.56 //L 122,23 //L 121.35 //L 1 20,77 //L j ( rd) 0,8 1 0.9 1 0,95 I 1 1 1.05 I 1,4 j I (3 (rd) 1 1,88 1 1,81 j 1,755 j 1,75 1 1,75 j 1,68 j I n= R /2.8 j 0,671 j 0,646 j 0,627 I 0.625 j 0,625 I 0,6 1 I Po I 0.4843 1 0,4422 I 0,4163 I 0,4025 10,3895 I 0,2942 j 2903923 61 Pour chacun des deux tableaux T.13 ( faisceau à structure spatiale gaussienne ) et T.14 ( faisceau à structure spatiale uniforme) , chaque colonne qui est relative à une valeur de l'épaisseur optique 4)o du noyau focal donne les caractéristiques du disque d'extension minimale de sortie du volume minimal tronconnique ( demi diamètre optique p ; ri = R /2,8 ; 5 puissance unitaire Po ; puissance d'action unitaire Po /A qui atteint sa valeur maximale dans le plan de sortie du tunnel ). Les performances Po /A étant très proches les unes des autres pour des valeurs de 4)o s'étalant sur un intervalle assez large, ces deux tableaux révèlent de grandes commodités dans le choix de 4)o en permettant des souplesses d'adaptation. L'invention est décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation optimale et des références 10 aux dessins joints ( les figures ne sont pas proportionnelles faute de place, ce qui est sans importance pour l'intelligence de la représentation ), dans lesquels : La firure Fig.1 représente l'impact laser dirigé orthogonalement à la surface extérieure S du corps solide, sous la forme d'un disque de centre O et de demi diamètre géométrique A. La surface S est rapportée au repère orthonomé (O,x,y), le troisième axe O orthogonal à s est 15 dirigé vers l'intérieur du corps solide. Elle sert de référence à l'équation de la chaleur. La figure Fig. 2 représente un disque d'impact de demi diamètre A+dA portant un flux de puissance P+dP décomposé en un disque de demi diamètre A, portant un flux de puissance P, auquel vient s'agréger une bande circulaire de largeur dA, portant un flux de ouissance dP. La figure Fig.3 est un schéma, en coupe selon un plan passant par l'axe optique, d'un laser 20 à section de sortie partiellement remplie émergeant d'un résonateur " confocal positif instable " ( inventé par le soviétique Ananiev ). La figure Fig.4 représente en coupe selon un plan passant par l'axe optique le cône NEE' dans le tunnel de coupe clssique (EE' étant le diamètre géométrique du trou d'entrée) qui for-me le prolongement du cône NQQ' formé par tous les rayons rectilignes provenant de la sur- 25 face d'onde QQ' émergeant de la "lentille". Les régions à l'intérieur du tunnel extérieures au cône NEE' ne peuvent être atteintes qu'en faisant des zigzags pour une grande partie des rayons laser, ce qui est la cause de la déformation agravée de la fonction de phase du faisceau qui se propage dans ledit tunnel. La hauteur de ce cône, qui est du même ordre de grandeur que la limite nucléaire focale Lo du système classique utilisé, est très réduite. 30 La figure Fig.5 représente en coupe selon un plan méridien (c'est à dire passant par l'axe optique), un système faisceau (1) - " lentille " (2) constitué en ce que le faisceaeu laser (1) de dia-mètre extérieur Do=AoAo' aborde ( pour y subir une transformation de phase) la " lentille " (2) ( en incidence

normale sur la figure ). De ce système résultent la surface d'onde émergeante QQ' tangeante au point O de l'axe optique à la "lentille" (2) et le faisceau focalisé (3) baignant 35 dans le champs de phase focal (4) (qui est la totalité de l'espace en aval de la surface d'onde QQ'). De ce système résultent le point focal effectif F, la distance focale effective OF et l'angle d'attaque focal eo, formé par l'axe optique focal OF et un rayon marginal QA" orthogonal à la surface d'onde QQ' (en pratique eo = Do 42-OF1 ). Le phénomène d'aberration sphérique y 2903923 62 est représenté : un rayon marginal QA" orthogonal à la surface d'onde QQ' au lieu de converger en le point focal effectif F converge en A", A"F est la longueur de la caustique axiale (notée L' dans le texte); tout autre rayon convergeant ( orthogonal à la surface d'onde QQ') moyen tel que M'M" converge en un point M" appartenant au segment A"F.

5 En vue du calcul des propriétés optiques et énergétiques, un point quelconque M du champ de phase focal (4) est représenté par sa distance r à l'axe optique focal HM=r avec HF=jzI (=valeur absolue de z, dans les formules expliquées dans le texte z est compté positivement quand H est en amont de F et négativement quand H est en aval de F). Un point générique quelconque M' de la surface d'onde est représenté par sa distance y à l'axe optique focal 10 H'M'=y. Lorsque le point M' n'appartient pas au même plan méridien que le point M comme sur la figure Fig.5 actuelle, un autre paramètre est nécessaire pour le définir, l'angle azimutal w défini par w=(HM,H'M')=(HM,HoMo) où Mo est l'intersection du rayon convergent M'M" avec la surface de sortie de la " lentille " (2). La figure Fig.6 est un graphique représentant la puissance d'action unitaire Po /A du disque 15 d'impact centré sur l'axe optique focal de demi diamètre géométrique A, situé dans le plan focal effectif du système faisceau laser (1) -"lentille" (2) pour le cas où le faisceau (1) est monomode gaussien, (ce qui en réalité revient à isoler les propriétés physiques découlant du mode fondamental du faisceau gaussien réel qui est rarement monomode ), portée en ordonnée en unité arbitraire en fonction du demi diamètre optique R ( exprimé en radian ), A et p 20 étant liés par : A=F3/2-/( À/[rc-bol) où À est la longueur d'onde du faisceau laser (1) exprimée en centimètre et bo est le paramètre fondamental de structure instrimentale du système faisceau (1) - "lentille" (2) exprimé en radian par centimètre, bo = n -(eo) a /À. Le rapport de troncature ao du faisceau (1) a été pris 25 égal à 1,25 qui est une valeur pratique courante. Le graphique est caractéristique : Po /A est croissante en partant de zéro pour [3=0, croît jusqu'à une valeur maximun pour (3=(3m=2,5 radian environ, puis décroît très lentement. La valeur de (3m est pratiquement constante en fonction de ao, quelque soit la valeur de bo du système utilisé, ce qui est d'une importance fondamentale. [3m est le demi diamètre optique du disque d'impact d'extension minimale.

30 La figure Fig.7 est une représentation identique à la figure Fig.6, pour le cas où le faisceau (1) est à structure spatiale uniforme. La ressemblance est frappante entre les deux figures. j3m=2,1 radian sur la figure Fig.7, ce qui constitue la seule différence entre les deux cas, par ailleurs nullement essentielle : La focalisation transcende les particularités des structures spatiales des faisceaux (1).

35 La figure Fig.8 signifie que pour que le point focal effectif F conserve ses propriétés optiques de point focal de l'espace libre lorque ledit point F se trouve enfoncé à une profondeur z sous la surface du métal à couper, il faut que tous les rayons composant le faisceau (3) puissent atteindre ledit point F en lignes droites en détruisant la matière métallique et que avant tççut 2903923 63 le faisceau (3) soit capable de faire un trou d'entrée de diamètre EE' à la surface du métal tel que le demi diamètre optique p associé ait pour valeur 5=2 - bo - z. La présente description a montré que cela n'est possible, en utilisant une puissance de faisceau raisonnable, que si la valeur de z ne soit pas trop grande par rapport à la limite nucléaire focale Lo du système utili- 5 sé ( par la présente définition Lo est telle que bo-Lo=1,4 radian ). Un exemple a été donné, pages 47-49, pour une valeur de z telle que bg-z=3 radians, qui montre les difficultés pour une raison de dépense énergétique extraordinaire exigée et l'impossibilité pratique de réaliser un trou de telle dimension dont le demi diamètre optique associé est 5=9,375 radians. La figure Fig.9 présente le contenu géométrico-ondulatoire de la condition définissant le noyau 10 focal au sein du champs de phase focal (4), à savoir : bo - L < bo - Lo=1,4 radian, L étant l'épaisseur géométrique, évaluée selon l'axe optique focal, laquelle est la distance entre les plans d'entrée PI et de sortie P2 du noyau focal et Lo la limite nucléaire focale du système caractérisé par son paramètre fondamental de strcture instrumentale bo (=n-eo 2 /À). Sur la figure est présentée une variante particulière du noyau focal consistant en ce que le point 15 focal effectif F du système faisceau-"lentille" est positionné à la mi-épaisseur du noyau focal. On voit que le perçage du noyau focal par le cône QQ'o formé par tous les rayons rectilignes issus de la surface d'onde 00Q' qui émerge de la "lentille, est caractérisé en ce que le cône EE'ç, qui est la pointe de QQ'~ engagée dans la traversée du noyau focal, passe tout entier à l'intérieur de l'espace cylindrique, coaxial à l'axe optique focal, dont le disque de base a pour 20 demi diamètre optique a=2,8 radians. En effet, la géométrie élémentaire permet d'écrire : (EE' /Lo) - (n-eo /À) = QQ' /(f-L /2 + Lo) -(ri-eo /À) < = QQ' /f - (n-eo /À)=2-eo-(n-eo À)=2 - bo EE' - (n-eo /À) = 5 < = 2 - bo - Lo =2,8 radians. où f=OF est la distance focale effective du système faisceau (1) - "lentille" (2) et À sa longueur d'onde, eo=QQ' /2f l'angle d'attaque focale.

25 Dans l'application du présent système à noyau focal à la découpe d'une plaque métallique d'épaisseur L, le volume tronconnique EE'SS' occupé initialement par le cône EE'Q dans le noyau focal n'est pas le volume minimal pour le passage du faisceau creusé dans le métal mais sera inexorablement agrandi, par nécessité logique régnant dans le noyau focal à laquelle ne peut se soustraire le processus de la découpe laser qui s'y déroule, jusqu'à occuper au 30 moins un volume minimal tronconnique EE'ZZ' (en trait interrompu sur la figure ) où ZZ' est le diamètre du disque d'extension minimale de sortie du tunnel, par fusion directe suivie de l'éjection simultanée de la matière métallique sous l'impact de la puissance d'action tout le long dudit volume minimal EE'ZZ' d'amont en aval dont la valeur P' /A (= Po /A - P) à chaque étape intermédiaire de la coupe est, puisque la puissance d'action unitaire Po /A est décroissante depuis l'entrée EE' jusqu'à la sortie ZZ' du tunnel, supérieure à celle du disque de sortie ZZ', cette dernière étant elle même suffisante par rapport à l'équation ( EQ.RPA Bis) pour la mise en fusion du métal, la valeur de la puissance P du faisceau ayant été réglée pour cet effet, une fois pour toutes dès le début de la coupe, par le technicien chargé des opérations.

2903923 64 Remarque : Selon une modalité privilégiée de coupe, la surface de la plaque à couper coïncide avec le plan PI; mais si ladite surface est placée n'importe où entre PI et P2, le trou d'entrée EE' aura la même dimension parce que les propriétés optiques et de distributions énergétiques sont pratiquement les mêmes dans n'importe quel plan transversal intermédiaire entre 5 les plans PI et P2 tant que ledit plan intermédiaire qui est très peu déphasé par rapport au plan focal effectif (-0,7 radian < bo-z < +0,7 rd) reste librement accessible aux rayons de lumière laser composant le faisceau; son demi diamètre optique p étant fixe (5=2,8 rd), son diamètre géométrique est proportionnel à la racine carrée de l'épaisseur géométrique L de la plaque coupée et du noyau focal : 10 EE'=p-/(a/[nbol)=(3 •/(À/[n- o])-/L où (po = bo-L < 1,4 rd est l'épaisseur optique du noyau focal, par exemple (I)o=1 rd est une excellente valeur de choix à tout point de vue. La proportionnalité entre le diamètre géométrique EE' de la tâche d'impact et la racine carrée de l'épaisseur L est utilisée en traitement de surface où p est posé égal 3, 2 radian dans la 15 formule de EE'.( le disque d'impact de 3,2 rd de demi diamètre optique contient 90% de la puissance du mode fondamental du faisceau gaussien avec une excellente qualité de répartition alors que le disque plus restreint (13=2,8 rd) donc mieux resserré autour du disque d'extension minimale (pm =2,5 rd) garantit une dureté énergétique plus grande pour que la mi-se en fusion y soit obtenue avec une exigence de puissance de faisceau plus modérée.

20 La figure Fig.10 représente le trajet en zigzag à l'intérieur du micro tunnel de coupe classique dont la longueur z est beaucoup plus grande que la limite nucléaire focale Lo du système classique utilisé (le paramètre bo égal par définition à bo=n-eo 2 /À a une valeur très grande; bo-Lo =1,4 radian). Sur la figure est montré un trajet en zigzag effectué par un rayon particulier situé dans un plan méridien. La longueur déployée z' dudit chemin zigzaguant est : 25 z'=z/cos(e)=z-(1+e'/2), ce qui crée un déphasage longitudinal entre les deux plans d'entrée et de sortie du micro tunnel : 2-n-z' /À , soit (n-e 2 /a)-z =bo-z-t2 en omettant le terme additif indépendant de e (=Oo-t) lequel terme ne joue aucun rôle dans le calcul des fonctions optiques). Ledit déphasage dû au zigzag méridien est minimal par rapport au déphasage dû aux zigzags non méridiens pour la 30 même longueur de tunnel z, lesquels sont des chemins vrillants compliqués, d'autant plus compliqués que l'état de surface des parois du tunnel n'a pas une régularité assurée du fait de la chute rapide de la performance du faisceau classique au fur et à mesure de sa progression dans le tunnel. La figure Fig.11 présente, en perspective, les trois plans tous orthogonaux à l'axe optique 35 focal O"FO'O porté par l'axe 0"z, tous rapportés au repère orthonormé (x,y); le plan (O",x,y) est le plan de sortie du tunnel de coupe pour lequel z=0; le plan (0',x,y) est le plan d'entrée du tunnel pour lequel z=L; le plan (O,x,y) est le plan tangent en O à la surface d'onde QOQ' formée à la sortie immédiate de la "lentille" pour lequel z= f'+ L /2. Un point quelconque P" situé 2903923 65 dans le disque d'extension minimale de sortie du tunnel requiert l'attention pour la question de savoir quel est l'ensemble des rayons émanant de la surface d'onde source QOQ' capables de l'atteindre tous en lignes droites tout en s'astreignant à l'unique condition de passer tous à l'intérieur du disque d'entrée du tunnel de demi diamètre optique 13 fixé à R=2,8 radians. Les 5 axes (x,y) ont été tournés de sorte que les coordonnées par rapport au repère (O",x,y,z) soient simples pour P", c'est à dire telles que : P" (0 ; n-5o ; 0) où n est un nombre positif inférieur à un, et 60 est le demi diamètre géométrique du disque d'entrée du tunnel en question.

10 Le calcul exposé dans les pages 56-60 a montré que pour 4o=bo.L <1,12 radian, pourvu que le point P du plan (O,x,y) appartienne à la zone Zq composée de deux demi disque DP de diatre q-Do et DG de diamètre Do accolés sur l'axe Ox, Do étant le diamètre extérieur du faisceau laser, n et q étant reliés par la relation : n = 1 - ((ko /1,4)-q , l'ensemble des rayons de lumière laser tels que PP" répondent à la question posée, c'est à dire précisément que 15 chacun de ces rayons comme PP" coupe le plan (O',x,y) d'entrée du tunnel en un point P' qui doit appartenir au disque centré en O' de demi diamètre optique R=2,8 radian. Pour les besoins du calcul exposé pages 56-60, les coordonnées de P et P' par rapport au repère (O",x,y,z) sont notées comme suit : P : (X ; Y ; f + L /2) P':(x;y;L) 20 Pour les valeur de 4)o plus grande que 1,12 radian, il faudra en toute rigueur remplacer la zone Zq par la zone Z'q , montrée à la figure Fig.12, laquelle est obtenue en enlevant à Zq une petite parcelle dont l'aire est d'autant plus grande que 4)o est de valeur plus grande. La valeur maxi-male de la parcelle enlevée, pour (1)0=1,4 radian , représente à peine 3,5% d'aire de celle de Zq 25 La figure Fig.12 montre la zone Z'q , pour le cas particulier où (1)0=1,4 radian. Z'q est obtenue à partir de Zq de la figure Fig.11 en enlevant au demi disque DG, deux zones symétriques en forme de deux triangles curvilignes. Pour chacun desdits " triangles " le côté curviligne est un arc de circonférence d'un peu moins de 18 degrés d'arc du demi disque DG alors que l'un des deux côtés rectilignes du triangle considéré est porté par le diamètre à partir d'une extrémité 30 de ce dernier, mesurant Do /10. L'aire totalisée des deux triangles curvilignes enlevés à Zq est au maximum, ( pour q = 0,4 ), inférieure à : (18-n/180.2/10)/[n/2•(1 +q2 )]=0,03448<0,035 soit 3,5% d'aire de celle de Zq. Voici l'un des meilleurs modes de réalisation de la présente invention (à chaque type de 35 structure spatiale de faisceau correspond un meilleur mode de réalisation lequel consiste à choisir pour la fixer une valeur optimale 4o=bo.L de l'épaisseur optique du noyau focal, pe exemple pour un faisceau gaussien (1)0=1 radian est une excellente valeur, tandis que r un faisceau de structure spatiale uniforme la valeur optimale pour 4o est entre 0,8 et 0,9 rad : 2903923 66 Le mécanisme de réalisation étant le même pour tous les types de faisceau, la démonstration présente porte sur un faisceau gaussien dont les deux caractéristiques à la sortie immédiate de la "lentille" sont notées Do et P respectivement pour le diamètre extérieur du faisceau et la puissance revenant à son mode fondamental; la distance focale effective de la "lentille" est 5 notée f ; la longueur d'onde du faisceau est À=10,6.10-4 centimètre. Par définition, bo peut s'écrire : bo = rt•Oo' IX avec Oo = Do /2f . Le premier acte consiste à fixer l'épaisseur optique .o=bo.L du noyau focal à la valeur optima-le, soit 1 radian. C'est cette valeur de 4o qui équipe la machine laser outil pour la totalité illimitée des tâches d'usinage, pénétrant comme la coupe, le perçage, le soudage et le marquage 10 du métal quelle que soit l'épaisseur du métal coupé ou la profondeur du marquage, ou non pénétrant comme le traitement de surface quelle que soit la dimension géométrique de la tâche d'impact choisie pour faire le traitement thermique. L est l'épaisseur géométrique du noyau focal, est variable selon l'essence de l'invention pour adopter la valeur imposée par le besoin spécifique à chaque tâche d'usinage, de la façon suivante : 15 - En traitement thermique de surface, on veut chauffer la surface du métal à une certaine température T inférieure au point de fusion du métal en faisant déplacer à travers la surface du métal l'impact du flux laser arrivé en incidence normale et on veut que au centre de l'impact 90% de la puissance P du mode fondamental soit distribuée selon une répartition quasi gaussienne dans un disque dont le demi diamètre géométrique A ait une valeur désirée, par 20 exemple A=2,5 millimètre. On calcule L d'après la formule : rt•A2=(R/2)2. À.L/4o=(1,6)2.À.L soit L=72,36 centimètre. A partir de la valeur de L, on obtient la valeur de bo=1 / L puis la valeur de Oo ou 1 /Oo = 2 . f /Do = (rt . L /À )". Par exemple en prenant Do=2 centimètre, ce 25 qui est une valeur courante, on obtient f =463 centimètre. Le technicien chargé de réaliser la présente invention met en place la "lentille" de focale effective f, repère le point focal effectif F, positionne la surface du métal n'importe où entre les plans Pt et P2 du noyau focal ou simple-ment au point focal effectif F, puis enfin règle la puissance P (en watt) à la valeur désirée, en s'aidant si besoin est de la formule d'ajustement (EQ.RPA Bis) : 30 32/ JL•P=32/8,5.P=0,72.(rt.K.T/E) (EQ.RPA Bis) où K et E sont les constantes expérimentales connues du technicien, ce sont la conductivité thermique (en watt par centimètre par degré celsius ) et le coefficient d'absorption du métal, respectivement. ( Remarque : en toute rigueur, dans (EQ.RPA Bis) T représente la différence de températures entre la température désirée et la température ambiante ( donc en degrés 35 celsius), mais dans la pratique de l'usinage T peut représenter indifféremment la température désirée parce que cette dernière est très élevée par rapport à la température ambiante ). On peut alors lancer la machine préalablement programmée pour effectuer le balayage de l'impact laser à travers la surfce métallique. 2903923 67 - En usinage pénétrant sur une profondeur L tel que la coupe d'une plaque métallique d'une épaisseur de L centimètres, alors selon l'essence de la présente invention L est l'épaisseur géométrique du noyau focal; le paramètre fondamental de structure instrumentale bo doit s'adapter en prenant la valeur appropriée pour que l'épaisseur optique (t)o=bo.L reste constan- 5 te et prenne en l'occurence la valeur de 1 radian. Par exemple, en prenant le cas de la coupe d'une plaque d'INOX de cinq centimètre d'épaisseur ( jamais réalisée par aucune machine laser existante, même de très grande puissance ), L=5 cm. En prenant un faisceau gaussien de la gamme de puissance moyenne courante, avec Do= 2 cm environ, on obtient f=121,733 centimètres, par le même calcul que pour le traitement de surface. On installe la lentille de 10 focale effective f=121,733 cm. On repère le point focal effectif F. On place la plaque d'INOX, ses deux faces coïncidant avec les plans Pi et P2, Pi étant à la distance L/2 = 2,5 cm en amont et P2 à L /2=2,5 cm en aval du point focal effectif F. Ceci fait, la machine laser est mise en condition structurelle pour fonctionner selon l'invention : la coupe peut être lancée une fois que l'on ait effectué le réglage de la puissance P (en watt) du mode fondamental à la valeur 15 suffisante pour que la puissance d'action ( prévue du disque de sortie) : (25 N5 ) • P (watt par centimètre) soit suffisante pour fondre en surface sous son impact un disque entier d'INOX dont le demi diamètre géométrique est celui (n.A) du disque de sortie du tronc de cône,dont le disque d'entrée a pour diamètre 2A= 2,1/(10,6.10-4.5 /n) centimètre, qui traverse selon son axe le noyau focal et destiné à former le passage minimal constitutif de la coupe, en tant que 20 résultat conceptuellement attendu et physiquement nécessaire de la présente suffisance de P, soit : n • A = 0,625 . [ 1,4.1((10,6.10-4.5 /n) ] = 0,625 =0,035939 centimètre -0,36 mm, ce qui signifie que non seulement la valeur de P doit permettre, à la température To du centre dudit disque de sortie mais également à celle de la périphérie de ce dernier valant environ 25 0,6.To , d'atteindre le point de fusion de l'INOX, ce qui fait que la valeur minimale de P est à 1,7 fois au dessus de celle permettant à To d'acceder au point de fusion en question. Une deuxième considération intervient pour solliciter l'attention du technicien chargé du réglage c'est que la coupe réglée au niveau minimal est un peu trop lente du point de vue industriel. En effet, il faut savoir qu'un trou d'une épaisseur L se perce (la coupe suivant une ligne peut 30 être considérée cmme une justaposition de trous percés ) en un temps t = ti + t2 , t1 est le temps de la montée en température d'une surface métallique attaquée par le flux laser depuis la température ambiante jusqu'à la température de fusion du métal. Après le temps de réponse ti chacune des couches de métal successives suivantes fond en un rien de temps sous le flux laser pourvue que ce dernier ne s'effondre pas, (ce qui est le cas de la présente invention 35 alors qu'on ne peut pas en dire autant du système classique ); la fusion continue couche après couche (le résidu de métal liquide étant éjecté simultanément ) jusqu'à la fin du perçage, nécessitant un temps t2 ( égal à l'énergie nécessaire à la mise en fusion, depuis la température ambiante, du métal solide contenu dans le trou divisée par la puissance effective- 2903923 68 ment absorbée directement sous son impact par ledit métal ). C'est le temps ti qui doit attirer l'attention Si la puissance P est juste à la valeur minimale pour que la coupe soit juste possible, le temps ti est assez long dans le cas de l'INOX (à titre de comparaison ti est plus petit pour I'allumi- 5 nium qui est un métal plus léger et beaucoup plus conducteur mais également plus difficile à couper parce que exigeant une valeur seuil de P plus élevée que l'INOX). Aussi, pour que la coupe se réalise avec une vitesse intéressante du point de vue industriel, il faut que ti soit du moins pas plus important que t2 sinon négligeable devant ce dernier. Dans le présent exemple de coupe, la puissance P nécessaire étant de plusieurs milliers de watt et en tenant comp- 10 te du volume d'INOX (de l'ordre de 0,05 cm 3 approximativement) d'un trou, t2 est de l'ordre de la seconde; alors on peut rendre ti négligeable devant t2 en ramenant ti à quelques centièmes de seconde par exemple en décidant qu'à cet instant, To atteigne le point de fusion alors que A /(2.1I(x - ti) j (où x=K /(p-C) est la diffusivité de l'INOX) étant de l'ordre de 0,5 le processus de montée en température n'est qu'à un rapport de 1 /1,4 environ du point d'équilibre final, 15 pour cela il faut encore relever la valeur de P de 1,4 fois environ. En conclusion, le réglage de P se positionne à la valeur obtenue en multipliant par 1,4 la valeur de X donnée par l'équation ( EQ.RPA Bis) suivante : (25/15)-X=0,81 -(n-K-To/e) (EQ.RPA Bis) ce qui fait : P (en watt ) est de l'ordre de 0,17. (n-K•To /c ) (en watt par centimètre, K étant 20 en watt par centimètre par degré celsius ). Le terme (n•K•To /s) watt par cm est une donnée expérimentale qui caractérise l'INOX à sa température de fusion To , sa précision conditionne celle du réglage dont il est ici question : en l'admettant dans la fourchette 24000 - 35000 (watt par cm ), la valeur de P sera entre 4100 et 6000 watt.

25 Remarque : voici une méthode expérimentale directe intéressante pour la détermination de la valeur minimale de P justenécessaire pour la coupe : Le plan Pi est rendu opaque au faisceau laser (3) pour ne laisser passer ce dernier qu'à travers un trou (.) EE' de demi diamètre A soit 0,057503 cm; l'espace de 5 cm d'épaisseur entre Pi et P2 est laissé libre; la surface de la plaque d'INOX destinée à recevoir l'impact laser est 30 positionnée pour coïcider avec le plan P2 ; on lâche alors le faisceau laser en augmentant progressivement la valeur de P jusqu'à l'apparition des premières gouttes de liquide métallique couvrant la totalité d'une étendue identique à celle du disque ZZ' dont le demi diamètre est r)-A soit de l'ordre de 0,036 cm; c'est la valeur minimale de P juste nécessaire pour percer un trou de 5 cm d'INOX. La présente expérience n'est pas une simulation mais reproduit exactement 35 la situation réelle de propagation des rayons laser dans l'espace minimal tronconnique avant d'atteindre le disque d'impact d'extension minimale ZZ' du plan P2 pour contribuer à la valeur 251. ( cm-1 ) de la puissance d'action unitaire. D'où son intérêt ainsi que sa validité. (.) Remarque : le trou de même dimension que EE' peut être construit par le faisceau focalisé 2903923 69 (3) lui-même avec la même précision que pour la réalisation du disque d'entrée EE', il suffit de mettre dans le plan Pi une plaque de même métal que la plaque à couper mais d'épaisseur beaucoup plus mince - le but étant ici uniquement de faire le trou de passage - que cette dernière , puis on lâche le faisceau laser en augmentant progressivement sa puissance P 5 jusqu'à l'apparition des premières gouttes liquides dans ZZ', etc... Les préparatifs sont terminés pour lancer la machine. Soit v la vitesse de déplacement relatif (plaque 1 impact laser) choisie par le technicien chargé d'exécuter la coupe; si v est inférieure à la vitesse réelle exacte de la coupe qui est de l'ordre de 2A /t = 2A /t2 ( soit quelques centimètres par minute) la coupe se fait en un seul passage de l'impact laser sinon il faut plusieurs 10 passages. Il est préférable de régler v juste en dessous de la vitesse réelle exacte. ( Remarque importante : Pour éjecter le résidu de métal liquide un jet de gaz neutre tel que le gaz rare ou d'azote est utilisé. Mais contrairement à la pratique classique, le jet de gaz n'est utilisé qu'à la seule fin de nettoyage par éjection de résidus : à cette fin une pression de gaz modérée suffit, ce qui permet une économie du côut horaire et quotidien de fonctionnement.

15 Le fonctionnement présent est extrêmement simple, ce qui simplifie le logiciel d'accompagnement de la machine. Or les machines classiques ont un logiciel de fonctionnement extrême-ment complexe intégrant un " savoir faire maison ",coûteusement acquis au prix de nombreuses expérimentations empiriques, où le jet de gaz est associé à des processus thermiques censés prometteurs. Ce sont là autant de coûts superflus que la présente invention contribue 20 à faire disparaître.) La présente invention élargit les perspectives économiques de l'industrie des machines outil laser en libérant dans leur totalité, tout en garantissant meilleure qualité du travail métallurgique, les capacités potentielles illimitées du laser qui sont actuellement gravement handicapées par la défaillance du système classique caractérisé par la petitesse inconditionnelle de la 25 limite nucléaire focale Lo du champs de phase focal (4) (Lo est définie par bo•Lo=1,4 radian ) dont la longueur maximale Loo ne dépasse guère deux millimètres. Une question d'importance capitale n'a jamais été posée par personne, c'est que, en découpe laser à CO2 seule la lentille en sélénuire de zinc (SeZn) est utilisée. Cette matière est très coûteuse. En plus il faut la remplacer pratiquement tous les mois à cause da rapide usure et 30 de destruction par la chaleur et par les débris d'éjection des métaux en fusion. Alors que le miroir sphérique en cuivre par exemple qui est économiquement beaucoup plus avantageux et plus résistant vis à vis des facteurs de destruction, n'est jamais utilisé. Pourquoi ? Il incombe à la présente invention d'expliquer pourquoi. C'est que la courte distance focala pratiquée par le système classique implique que pour que le faisceau focalisé (3) émergeant 35 du miroir puisse se dégager du reste de la machine, il faut que l'axe dudit miroir fasse avec le faisceau incident (1) un angle grand ( par exemple 45 degré ). Mais alors cela provoque une énorme distorsion de phase du faisceau focalisé (3), ce qui se manifeste empiriquement sous la forme de très mauvais résultats de coupe.

2903923 70 La présente invention rend possible la solution du remplacement de la ruineuse lentille en SeZn par le miroir de givre (- avec un excellent coefficient de réflextion égal à 0,99 à la température ambiante, le cuivre est très difficile à chauffer par le faisceau laser à CO2, c'est tant mieux ! ). Et ceci sans les effets néfastes de distorsion de phase sur le faisceau focalisé 5 (3). La figure 13 facilite l'explication sur un exemple particulier choisi parmi d'autres possibles où M1 est un miroir plan de renvoi, de cette I, M2 est le miroir sphérique de distance focale assez grande, 47 centimètres par exemple, de centre J, a = 7 degré d'angle, IJ =14 CM , le diamètre du faisceau incident (1) est de 2,5 cm. Alors le public peut se rassurer sur deux points essentiels, d'une part le faisceau (3) ne rencontre pas le bord de M1 et 10 d'autre part avec a = 7 degre d'angle la distorsion de phase sur le faisceau (3) est très négligeable. Le dernier point non moins essentiel est qu'il reste encore assez d'espace pour recevoir une plaque de 5 millimètres d'épaisseur à couper selon la méthode de noyau focal .

Claims (2)

REVENDICATIONS

1) Conçu pour la totalité des tâches industrielles de l'usinage laser lequel relève du domaine technique utilisant à sa base l'impact du faisceau laser appliqué sur un corps solide tel une plaque métallique pour faire augmenter sa température localisée essentiellement dans le dis-que d'impact, l'usinage pouvant être, soit non pénétrant comme c'est le cas lorsque ledit im- pact vise seulement à produire ses effets thermiques limités dans des couches superficielles dudit corps solide, soit pénétrant comme c'est le cas du perçage, du soudage, de la coupe d'une plaque d'une certaine épaisseur Ep ou du marquage à la surface de ladite plaque jus-qu'à une certaine profondeur Ep; Système faisceau (1)- "lentille" (2), constitué d'un faisceau laser (1) arrivé en incidence sur la "lentille" (2), de l'action focalisatrice de laquelle émerge le faisceau laser focalisé (3) se dirigeant vers le point focal effectif F dudit système, autour duquel règne le champs de phase focal (4) du système où ledit faisceau focalisé (3) est utilisé pour produire l'augmentation de température du corps sous impact proportionnelle à la puissance d'action P' /A (en watt par centimètre soit w /cm ) portée par le disque d'impact. - la lentille" (2) désigne tout dispositif ayant une fonction focalisatrice : par exemple, ce peut être une lentille ordinaire plan-convexe, ce peut être un miroir à surface sphérique ou parabolique, ce peut être une combinaison réalisée à partir des dispositifs élémentaires de focalisation tel le dispositif à distance focale variable connu sous le nom de zoom, etc.... Dans tous les cas, la lentille" (2) est caractérisée par une distance focale notée f. - le faisceau laser (1) est caractérisée par sa longueur d'onde notée À (en centimètre noté cm ). Ledit faisceau (1), au moment d'arriver en incidence sur la "lentille" (2) et juste en amont immédiat de cette dernière peut être, soit une onde sphérique de rayon de courbure algébrique R positif ou négatif selon que ladite onde sphérique est divergeante ou convergeante dans le sens de propagation du faisceau laser (1), soit une onde plane auquel cas correspond une onde sphérique de rayon de courbure R infiniment grand. la structure spatiale du faisceau (1) qui est sa fonction d'amplitude sur le front d'onde (sur-face d'onde) dudit faisceau peut être quelconque, gaussienne ou uniforme ou autre, mono-mode ou multimode. - au niveau de la "lentille" (2), le faisceau laser (1) en amont et le faisceau laser (3) qui en émerge en aval sont caractérisés en commun par leur diamètre Do (en cm), lequel est le dia-mètre du disque inscrit dans le contour extérieur limitant la zone d'onde laser interceptée par le plan orthogonal à l'axe optique focal et tangeant au front d'onde laser reconstitué en aval immédiat de la " lentille "(2), zone à l'extérieur de laquelle l'intensité (watt /cm2) du mode fondamental est au plus égale à deux pourcent (2%) de sa valeur maximale. Do est pratique- ment égal au diamètre des deux cercles contigus et réciproquement images (AoAô)(1)(2) et (QQ')(3), les distances AoQ et Ao'Q' étant très petites. Le remplissage d'onde dudit disque 2903923 72 peut être total ou partiel c'est à dire que dans le premier cas la valeur de la fonction d'amplitude y est partout non nulle et que dans le deuxième cas il existe à l'intérieur dudit disque au moins une zone dans laquelle la fonction d'amplitude est nulle, ce qui correspond au masquage en ladite zone du faisceau laser comme dans le cas d'un faisceau laser observé à la sortie 5 d'un résonateur connu, nommé selon la terminologie consacrée : " confocal positif instable ". - chaque système faisceau (1) - "lentille"(2) est caractérisé par sa distance focale effective f ' qui est liée à f et à R par la formule classique suivante : 1 If'+1 /R=1 /f d'où résulte l'angle d'attaque focal eo (en radian) défini par : 10 eo = Do /(2f ') d'où résultent les deux paramètres fondamentaux bo et p du champs de phase focal (4) ; bo est le déphasage longitudinal unitaire exprimé en radian par centimètre, présentement appelé paramètre fondamental de structure instrumentale, est défini par : bo - (80)2 /À 15 13 est le déphasage transversal (en radian) pour un point M se trouvant à la distance r de l'axe optique focal, présentement appelé demi diamètre optique du disque (de demi diamètre géométrique r ); (3 est défini par : (3 =

2-n-8o-r /À alors que le déphasage longitudinal en M (en radian ) est : 20 bo - z où z est la coordonnée du point M considéré par rapport à l'axe focal FO originé en F; ( où n est le nombre réel irrationnel valant 3,1415..., (0o) 2 est le carré du nombre eo; le point - est la multiplication; la barre inclinée / représente la division arithmétique.) Ledit système faisceau (1) - "lentille" (2) étant en outre caractérisé en ce que la valeur du 25 paramètre fondamental de structure instrumentale bo est une valeur non nulle inférieure ou égale à 6,25 radians par centimètre,c'est à dire une valeur (en rd /cm) de l'intervalle ) 0 ; 6,25 ) et,ce qui est absolument équivalent, en ce que la limite nucléaire focale Lo (Lo est définie par la relation bo - Lo =1,4 radian ) est une valeur finie supérieure ou égale à 0,224 centimètre, c'est à dire une valeur en cm de l'intervalle [ 0,224 ; 00 [; chaque valeur instrumentale bo etant 30 destinée à s'accoupler à une valeur L (cm) choisie pour être l'épaisseur géométrique du tronçon de champs de phase (4) tel l'espace contenant en son milieu le point focal effectif F et en-cadré par les deux plans Pi et P2, orthogonaux à l'axe optique focal FO, Pi étant à L/2 en amont et P2 à U2 en aval du point focal effectif F, de telle façon que ledit tronçon de champs soit un noyau focal au sens que son épaisseur optique associée 4)o = bo - L prenne une valeur 35 chosie au plus égale à 1,4 radian, le choix optimal étant 4)o = 1 radian pour le cas, présente-ment exposé à titre d'illustration concrète, où le faisceau (1) a une structure spatiale gaussienne, dont la puissance du mode fondamentale est notée P (en watt) et dont la longueur d'onde est notée À (en centimètre) ( À=0,00106 cm pour le laser à CO2 ), les effets techniques atten- 2903923 73 dus ayant les propriétés géométrico ondulatoires suivantes : - A la surface d'un plan P orthogonal à l'axe optique focal placé entre Pi et P2, il se forme une tâche de diffraction qui demeure pratiquement inchangée, tant pour sa dimension géométrique que pour la distribution d'énergie à travers l'étendue de ladite tâche, parce que la phase bo-z 5 est faible (-0,5 bo-z <+0,5 radian) et varie peu lorsque varie la localisation du plan P ev*e Pi et P2, le demi diamètre géométrique A' (en cm) de ladite tâche est de la forme suivante : A'=(R/2)--f[ (À-L) I(rt-4o)l=(5/2)- t[À-L/n] la distribution de la puissance y est une fonction de 5; quatre vingt dix pour cent de la puissance P est contenue dans le disque de demi diamètre optique 5 = 3,2 radian avec une ex- 10 cellente qualité de distribution c'est à dire pratiquement gaussienne (à très peu près ). Avec 5=3,2 radian, il suffit de choisir le valeur de L pour obtenir la valeur désirée de A' du disque d'-impact pour le traitement de surface : A' =1,6 - 4 (À-L in) - Laissant en marge la bande annuaire périphérique ( définie par 5>2,8 radians ) énergétique-15 ment moins dure, le disque central de demi diamètre géométrique A (en centimètre) défini par 5=2,8 radians soit : A=1,4-(A-L/n)=Lo-8o possède la double fonction, d'une part optico énergétique ( 5 = 2,8 radian) d'être d'une efficacité maximale en vue de la mise en fusion métallique dudit disque tout entier, et d'autre part 20 géométrico ondulatoire (le plan P étant positionné en PI à l'entrée du noyau focal et L choisie égale à l'épaisseur Ep de la plaque, à percer par exemple et positionnée de façon à faire coincider ses faces extérieures avec les plans Pi et P2 entre lesquels le déphasage bo-z est modéré à souhait : -0,5< bo-z<+0,5 radian ) telle que le prolongement des rayons du faisceau (3) provenant du disque QQ' et pénétrant par le disque EE' ( dont le demi diamètre est A) du plan 25 Pt forme un cône EE'sa ( dont la hauteur O'sa est égale à Lo) transperçant (du fait que Lo > L puisque Lo /L =1,4 I(>o =1,4) le noyau focal, enfermant de ce fait le faisceau focalisé (3) dans la prédisposition la plus favorable, d'une part géométriquement en disposant du plus grand nombre de rayons laser pénétrant par le trou d'entrée EE' et d'autre part ondulatoire-ment en disposant d'un déphasage extrêmement modérée entre lesdits rayons laser, pour 30 produire le r+ésu at qui sort : inexorablement, se dégage par le faisceau laser focalisé (3) ( sous l'action de la seule loi ondulatoire) à travers le corps métallique ( étant entendu que l'éjection simultanée du résidu liquide métallique gênant est assurée, par un jet de gaz notamment) un passage contenant un espace minimal de forme tronconnique dont les deux bases sont respectivement le disque 35 EE' du plan PI d'entrée et le disque ZZ' de sortie du plan P2 de demi diamètre géométrique égal à n A = 0,625-A environ ( dont le demi diamètre optique est 5 = 0,625 - 2,8 =1,75 radian), ledit passage minimal tronconnique étant réciproquement associé à ce que la puissance d'action unitaire Po/A, ( qui est, par définition, la puissance d'action P' /A lorsque P est mise égale 2903923 74 à un watt, autrement dit : P' /A = [ Po /A ] - P ), atteigne la valeur maximale ( très lentement décroissante d'amont en aval, allant de l'entrée EE' à la sortie ZZ') pour chacun des disques transversaux tout au long dudit passage minimal tronconnique, ladite valeur maximale étant 32 I.1 - [ 4(10,6 - 10-4 /À) ] (cm-1) pour le disque d'entrée EE' et 25 /SIL -[-NI(10,6.10-4 /À) ] 5 (cm-1) pour le disque de sortie ZZ'; ledit résultat avec efficacité maximale associée étant effectif à la condition ( l'unique condition qu'est le coût du perçage) que soit fournie en quantité suffisante en watt, la puissance P, la-dite valeur suffisante de P pouvant être déterminée, - soit analytiquement autour de la valeur X en watt donnée par l'équation (type EQ.RPA Bis) : 10 (25/'L)-[1(10,6.10-4/À)]-X=1,4.1,7-[0,81 •(n•K-To/E)] (typeEQ.RPABis) où K est la conductivité termique du métal en watt par centimètre par degré celsius, To est en degré celsius la différence de température entre le point de fusion du métal et la température ambiante, E est le coefficient d'absorption du métal pour le laser utilisé. - soit expérimentalement en réalisant l'expérience suivante ( dont l'intérêt réside en ce qu'elle 15 reproduit la situation exacte réelle du perçage : les rayons laser qui atteignent ZZ' pour contribuer à la valeur de 25 NL -['1(10,6 - 10-4 /À) ] cm-1 de la puissance d'action unitaire dans le cas réel sont les mêmes que dans la présente expérience) : Le plan P1 rendu opaque au faisceau laser (3) ne laisse passer ce dernier qu'à travers le trou à bord mince de même dimension que le disque EE' ; entre P1 et P2 la plaque métallique est 20 retirée pour être déplacée d'une distance égale à L jusqu'à ce qu'une de ses faces destinée à recevoir l'impact laser coïncide avec le plan P2 ; on lâche le faisceau laser en augmentant progressivement la valeur de P jusqu'à l'apparition des premières gouttes de liquides métalliques couvrant la totalité d'une étendue identique à celle du disque ZZ', c'est la valeur minimale de P cherchée (au delà de laquelle toute augmentation se convertit en vitesse de perçage ). ^ 25 ^ Remarque : le trou de même dimension que EE' peut être construit par le faisceau focalisé (3) lui-même avec la même précision que pour la réalisation de EE', il suffit de mettre dans le plan P1 une plaque de même métal que la plaque à couper mais d'épaisseur beaucoup plus mince - le but étant ici uniquement de faire le trou - que cette dernière, puis on lâche le faisceau en augmentant progressivement sa puissance P jusqu'à l'apparition des premières 30 gouttes liquides dans ZZ', etc.. 2) Système (1)-(2) selon la revendication 1) caractérisé en ce que, lorsque la "lentille" (2) est un miroir à reflexion totale M2, l'angle d'inclinaison a formé par l'axe dudit miroir M2 avec le faisceau incident (1) soit faible afin de minimiser les distorsions de phase sur le faisceau focalisé (3), que par conséquent a soit inférieur à 25 degré d'angle : par exemple avec a = 7 35 degré d'angle, la déformation de phase du faisceau (3) a été rendue très négligeable.