Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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`La présente invention concerne les dispositifs optiques et plus
particulièrement les dispositifs optlques destinés ~ être trav~rsés par
un falsceau lurnineux de longueur d'onde 10,6 microns environ, obtenu par
exemple au moyen d'un laser à anhydride carbonique.
Le problèms se pose sn partirulier pour réaliser une fenetre
optique ménagée dans une t~te laser pour laisser passer le faisceau
lumineux produit par un mélangs actif gazeux contenu dans cette têts.
Le probl~me se pose ~galement lorsqu'on veut réaliser une
lentille pour focallser un faisceau lassr de la longueur d'onde indiquée
ci-des~us,
On szit que ces dispositlfs optiques sont réalis~s en un matérlau
transparent à cqtte longueur d'onde, par exemple le germanium ou certains
composés ssmiconducteurs formés de mélanges arsenic-gallium, cadmium-
tellure ou zinc-sél~nlum.
Csrtolns de ce5 matériaux pr~sentent l'lnconvénlent de posséder
jun coefficient d'obr~rptlon lumlneux croissant lorsqu0 la tempfiraturq
crolt. Sl on les utillse sans prficautions pflrticulieres pour r~allser un
dlspositif optlque destiné ~ etre traversé per un faisceau lumineux de
~orte pulss~ncrd, 1'6chzuffement subi par ce dispositif a tendance à augmenter
¦ 20 ou fur et ~ mesure du passage du faisceau lumineux. On assiste à un phéno-
mbne d'emballement thermique et le dispositif optlque est rapidement détruit
par échauffement,
Oe plus lorsqu'on utllise ces matérlaux à 13 réalisation de
dlspo~itifs optlques et qu'on cherche à les refroidlr pour évlter le phéncmène
d'embollement thermlque, l'humiditfi de l'air ambiant se dépose sur 18s faces
du dlsposltlf pour former une couche de buée ou de glvre absorbant une part
importante de l'énergie du faisceau la~er.
iLa présente inventlon a pour but de remédier à ces inwnvénients
jet de réalissr un dispositif optique en l'un des mat~riaux semlcnnducteurs
'~ 30 cités cl-de5susJ muni de moyens pour éviter l'échauffement lorsqu'll est
,~ .
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traversé par un faisceau lumineux de forte puissance. Un autre but ds la
pr~ent~ invention 0st de réaliser un dispositif qui conserve ses qualités
optiques intactes quel que sn~t le degré hygrom~trique de l'air ambiant.
La présente invention a pour objet un dispositif optique compre-
nant deux ~l~ments optiques comportant chacun deux faces optiques oentrées
sur un même axe, dispositif destin~3 à ~trs travers~ sulvant ledit axe par
un falsceau lumineux dont la longueur d'onde est d'envlron 10.6 mlcrons,
les faces desdits éléments étant rev~tues d'uns couche antiréfléchlssante
pour ladite longueur d'onde, une dss faces de chaque él~ment étant plane,
! 10 lesdits éléments étant dlsposés de manlère que ces faces plans6 soient en
regard l'une de l'autre, lesdites -Facss planes étant de dimenslons sensi-
blement identiques, les autres faces desdlts éléments formant respective-
ment le8 faces d'entr~e et de sortie du dispositlf optlque, lesdlts
élément~ optiques étant r~alisés en un matériau cholsl parmi le germanlum,
un m~lange d'arssnic et ds gallium, un mélange de cadmium et de tellu~e et
un mélan~e de zinc nt de sélénium, coractéris~ par le fflit qu'll oomporte
des moyens pour Faire clrculer dans l'esp3ce compris entre lesdites faces
plane~ un fluide de refroidissement transparent à la lumière dudlt faisceau,
cette circulation s'effectuant suivant une direction senslblement perpendl-
culaire audit axe, et des moyens pour diriger sur au moins une desdites
faces d'entrée et de sortle un flux d'un gaz sec transparent ~ ladite
lumière~
L'invention est décrite ci-dessus en regard du dessin annexé à
~, titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel la figurs unique
représente un mode de réalisation du dlspositlf selon l'inventlon.
' Sur cette figure, la référence 1 désigne une tete laser remplie
! d'anhydride carbonique, délimitée par un cylindre Z. La t~te laser 1 est
apte à émettre un faisceau lumineux de lon~ueur d'Dnde 10,6 mlcrons sulvant
1 l'axe 3 du cylindre 2. Pour permettre la sortie du faisceau, est disposée
une fenetre 4 comprenant deux disques 5 et 6 en germanium polycristallin
'
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, ,
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centr~s l;ur l'axe 3, de dimensions sensiblement identiques. Une face 7 du
disque 6 constituant la face d'entrée de la fenêtre 4 est plaquée contre
une base du cylindre 2, un Joint torique non représenté pouvant être
disposé sntre cette base et la face 7 pour assurer l'étanchéité au gaz. La
face plane 8 du disque 6 est disposée en regard d'une face plane 9 du
dlsque 5 et l'autre face 10 du disque 5 forme la face de sortie de la
fenetre 4.
Pour un dlamètre de 30 cm de la fenêtre 4, l'épaisseur des
dlsques est de 5 mm et la distance entre les faces 8 et 9 est de l'ordre de
1 mm. Les faces 7, 8, 9 et 10 sont revêtues d'un traitement antiréfléchis-
sent pour la lumière de longueur d'onde 10,6 microns, afin d'~vlter toute
perte d'snergie du faisceau laser émis par la tête 1.
Pour refroldir la fenetre 4, on falt clrculer dans l'espacs 11
compri~ E~ntrs les faces 8 et 9, perpendiculalrement ~ l'axe 3, un flulde ds
refroldl~sement qui e~t avantageusement de l'héllum ~ tr~ b~e t~mpE~ra-
ture. Pour cel~, un manchon 12 e~t flxé intérieurement sur le3 bords des
disque~ 5 et 6 de manière à entourer l'espace 11. Le manchon 12 est muni
d'une ouverture d'EmtrE~e 13 st d'une ouverture de ~ortie 14 du flulde de
refroldis5ement. Ces ouvertures sont raccordées rE~spectivement aux deux
Z extrÉ~mltés d'une canali5atlon 15 remplie d'hélium et dont la paroi extérieure
peut etre avantageuBement recouvsrte d'un revetement 16 isolant thermi-
quement. Une soufflerie composée d'au molns un ventilateur 17 entralné en
rotation à l'aide d'un moteur 18 est dlsposée à l'intérieur de cette canall-
~ation pour faire clrculer l'hélium dans le sens de l'ouverture de sortie
14 vers l'ouverture d'entrée 13. Sur le tra~et de l'hélium est di3posé,
dans la canallsatlon 15 un échangeur thermique qui peut ~tre constitué d'un
serpentin 19 raccordé 3 une boutellle d'azote liquids 20 par l'intermédiaire
d'une vanne Z1. Entrs chaque ouverturs 13 et 14 et l'extrémité correspon-
dante de la canalisation 15, on peut prE~voir un organe de raccordement Z2 et
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23 de forme tronconique de manière 3 réaliser une décroissance progressive
de la section de passage de l'héliu~ de ladite extrémité a ladite ~uver-
ture.
Pnur empecher la formation de givre sur la face de sortie 10 db
la fen~tre 4, on dirige vers cette face un flux d'un gaz sec tel que
l'azote. Pour cela on utilise un manchon 24 co~portant dans sa paroi une
chambre annulaire 25 d'où part une pluralité de canaux tels que 26 obliquss
par rapport au plan ds la fa oe 10 du dlsque 5 st convsrgsnts vsrs cette
face. La chambre annulairs 25 est rellée par l'intermédlaire d'une vanne 27
à uns boutsille d'azote 2B.
Lorsqu'on ouvrs la vanne 21 pour falre clrculer de l'azote
llquide dans le serpentin 19 et qu'on met en marche le ventllateur 17, on
réaliss dans l'sspacs 11 comprls entre 1B9 dlsques 5 et 6 une clrculation
d'h~lium ~ bu~se tsmp~rature. Le dsblt d'azote liqulds dans 1B serpentln 19
peut etre r~glé de mani~re à obtenlr par exemple une temp~rature ds 90
Kelvln po~r l'héllum en circulatlon. Sl 1~ vlts~se de l'héllum e~t suffl-
~amment grande (correspondant par sxemple à un déblt de 10m3 par seconde~,
,, .1 .
on obtlent entrs les faces 8 et 9 des dlsques 6 et 5 un écoulement turbulent
d'hélium, cs qui favoriss les échanges thermlques eu nlveau des faces 8 et
9 et donc le rsfroidlssemsnt des dlsques 6 et 5. Dans ces condltlons la
pulssance laser tr~nsmlsslble à travers la fsnêtrs 4 peut ~tteindrs 100 k~l
en contlnu et 500 kW pour une lmpulslon lumlneuss ds durée 10 ssconde~
Le dlspositlf optlque selon l'lnventlon peut ^stre constltué par
une fenêtre laser, telle qus celle lllustrés par la flgurs. On peut d'une
manlère an~logus r~31iser une lentille optique. Dans ce cas, au molns une
des faces d'entrée ~t de sortls du dlspositif est courbe au lieu d'~trs
plm~, et la tste laser n'est plus appliquée contre la face d'entrée du
dlsposltif. Celui-cl comporte alors des moyens pour projeter contre cette
face d'sntrée un flux de gaz sec afin d'évitsr la formation ds givre sur
', '~ ', '
.~
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cette face. ces moyens étant tout à fait analogues à ceux repr~sentés sur
la figure unique et relatifs à la face de sortie de la fenêtre laser.
: Le dispositif selon l'invention peut être appliqué notamment aux
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~ r~ r ~y~O~ ~r- ~4~ ~t~
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