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 de refroidis-
sement d'une tête laser e~ plus particulièrement les disposi-
tifs de refroidissement d'une tête laser à matériau actif
solide par circu~ation dl~n liquide~
Par tête laser, iL est entendu dans ce qui suit non seule-
ment un ampli~icateur laser comprenant simplement un matériau
.,
actif et des mo~ens d'excitation de ce matériau, mais aussi un
générateur laser comprenant en outre une cavité optique
résonnante dans laquelle est disposé le matériau actiE~
Les têtes laser industrielles refroidies par liquide com-
portent en général une enceinte remplie d'un liquide qui est
souvent constitué d'un mélange d'eau et d'antigel. Dans ce
liquide sont immergés le matériau acti~ et la lampe à éclair
de la tête laser~ L'étanchéité de l'enceinte doit permettre
d'empêcher toute fuite de liquide au cours du transfert et
pendant le fonctionnement de l'appareil.
Malgré toutes les précautions prises pour éviter la pré-
.
sence d'air dissous dans lelliquide, on constate la formation
de bulles gazeuses au sein du liquide en cours de fonctionne-
;- 20 ment. Il en résulte une surpression dans l'enceinte clui peut
provoquer au bout d'un certain temps, des fuites au niveau des
joints d'étanchéité et perturbe le refroidissement clu matériau
!; acti~ laser. Lorsque le dispositi~ comporte une pompe de cir-
.. . . .
culation du liquide~ ces bulles gazeuses peuvent entrainer aussi
un désamor~age de la pompe.
La présente invention a pour but de pallier ces incon-
vénients, et de réaliser ~n dispositif de refroidissement par
.... .
liquided'une tete laser, dans lequel les bulles gazeuses qui se
~; forment au cours du fonctionnement du laser sont éliminées sans
; 30 provoquer de fuite du liq~ide.
La présente inventiOn a pour objet un dispositif de
' ' 1 ~" '
. ~ . .
.. . . . . . . . ... .
37~
, .
refroidissement d'une ~ete laser par circuLation d'un liquide,
cette tête laser com~renant un matériau acti~ solide, une
lampe à éclair et des mo~ens d'alimentation électrique de
cette lampe afin d'exciter ledit matériau actif par une
décharge lumineuse de ~ette lampe, dispositif comportant une
enceinte étanche remplie dùdit liquide dans lequel est immergé
ledit matériau acti~ et ladite lampe, caractérisé par le fait :
qu'une partie de la paroi de ladite enceinte est constituée d'au
moins une membrane étanche audit liquide et perméable aux gaz ~-~
~ 10 apparaissant dans ledit li~u;de au cours du fonctionnement de
ladite tête, cette membrane étant en regard de la surface
;~ d'équilibre horizontal dudit liquide dans ladite enceinte.
. L'invention est décrite ci-dissous, à titre illustratif mais
nullement limitati~, en regard du dessin annexé dans lequel la
~igure 1 représente en perspective schématique un mode de
: réalisation du dispositif selon l'invention et la figure 2 est :'
une coupe partielle d'un élément du dispositif illustré par la
figure 1.
Sur la ~igure 1 est représenté un circuit de refroidisse-
ment par liquide d'un générateur laser, ce circuit comprenant
..essentiellement un récipient 1 contenant le générateur laser,
un réservoir 2 et une pompe 3 de circulation. Ces éléments
sont reliés en série par des canalisations hydrauliques, la
canalisation 4 mettant en communication le récipient 1 et le
réservoir 2, la canalisatian 5 réunissant le réservoir 2 et la
pompe 3 et la canalisation 6 re~lant la pompe 3 et le récipient
~ 1. Le Liquide en circulation est un mélange d'eau et d'un
antigel constitué d'éth~lène-glycol. Des précautions ont été
prises pour assurer l'étanchéite du circuit à ce liquide
notamment au niveau des joints et des raccordements hydrauliques.
Le générateur laser contenu dans le récipient 1 comprend ;.
.~ .
.
.. . .. ~ . . . . . . . ...
72l~
un matériau ~cti~ s~lide (non visible s~r La ~igure) constitué
par exemple d'un g~enat d'~ttri~m et d'al~minium dopé au
néodyme, ce matérla~ étant ma;ntenu immergé dan~ le liquide à
l'intérieur dlune cavité optique résonante ~ormée de deux
réflecteurs dont l'un est semi-transparent. ,Une lampe à éclair
tnon visible sur la figure) est également immergée dans le
liquide du récipient 1. Les ~lectrodes de la lampe à éclair
sont reliées électriquement aux bornes d'un générateur de cou-
rant électrique ~non représenté), extérieur au récipient 1. Le
récipient 1 est muni d'une fenêtre transparente 7 pour laisser
passer le faisceau laser 19 émis sous l'effet d'une décharge de
la lampe à éclair.
Le réservoir 2 peut avoir sensiblement la forme d'un
parallélépipède rectangle comme représenté. Dans le réservoix
2, le liquide circule sensiblement dans une direction parallèle
à la longueur 8, l'épaisseur 9 normale à cette direction étant
faible par rapport à la longueur 8. Le réservoir 2 peut être
avantageusement muni d'ailettes de refroidissement sur les-
quelles souffle un ventilateur, ces ailettes et ce ventilateur
., ,
, 20 n'étant pas représentés sur la figure.
Sur la partie supérieure du réservoir 2, sont disposées deux
cheminées 10 et 11 situées respectivement aux deux extrémités
~e la longueur 8 du réservoir, l'axe de ces cheminées étant
sènsiblement parallèle à la hauteur 12 du réservoir 2.
Sur la figure 2 qui représente en coupe la cheminée 10,
il apparait que aelle-ci à la ~orme sensiblement dlun tronc de
pyrami~e ~ui s'évase vers le corps du réservoir 2.
Une membrane 13 étanche au liquide de refroidissement et
, j .
perméable aux gaz est ~ixee au sommet de chaque cheminée sur
une saillie transversale interne 18 de la cheminee de façon à
obturer la seation de cette oheminée.
' I .
- 3 -
:~872l5 7
Cette membrane 13 est ~anstituee de matière plasti~ue
hydrophobe poreuse. Cette makière plasti~ue est un polyethylènet
une pol~styrène ou de pré~érence le pol~tetrafluorethylène.
L'épaisseur de la membrane peut être de l'ordre du dixième de
' millimètre. La porosité de La ma~ière plastique est ouverte
d'une face à l'autre de la membrane et la dimension des pores
est comprise entre 0,01 et 0,05 micron. La porosité doit
correspondre à un taùx de vide compris entre 20 et 30 ~. Pour
obtenir une telle porosité, le pol~tétrafluoréthylène utilisé
doit être cru, c'est-à-dire qu'il ne doit pas avoir subi l'opéra-
tion de frittage habituelle à la Ein de son processus d'élabo-
ration.
~ Au dessus de la membrane 13, une grille métallique 14 par
; exemple en aluminium repose sur la surface de la membrane 13
afin d'augmenter la rigidité de cette membrane. La grille 14
peut être utilisée de plus pour comprimer un joint torique
.
d'étanchéité 15 s'appuyant sur le bord de la membrane 13 et sur
!" la paroi intérieure d'un prolongement cylindrique 16 de la
cheminée 10. Une rondelle ~lastique 17 qui vient se loger
., ~ .
dans une rainure de cette paroi permet de fixer la grille 14 à
l'intérieur du prolongement 16
.; :
Le dispositi~ décrit ci-dessus et représenté sur les
figures 1 et 2 fonationne de la manière suivante.
On remplit d'abord de liquide de refroidissement les divers
éléments du circuit représanté sur la figure 1, la surface
d'équilibre du li~uide dans le réservoir étant en regard de la
surEace in~érieure des membranes, le plus près possible de ces
membranes. Le remplissage est e~~ectué de préférence de
: manière qu'après mise en marche de la pompe 3, le liquide exerce
une légère pression sur la membrane 13, cette pression étant
par exemple supérieure dlenviron 50 grammes à la pression
- - 4 -
~. . . , . . , . , :
8';7
atmosphérique.
Après mise en marche du générateur laser, on constate la
forma~ion de bulles ga~euses à l'intér.ieur du li~uide, comme
il a eté dit plus haut, ~1 a été observé que ces bulles se
forment notamment au contact de la lampe à éclair au moment des
décharges par suite de l'échauffement du Liquide ou par photo-
lyse sous l'e~fet de la partie ultraviolette du rayonnement de
la lampe à éclair. .Le gaz qui se ~orme est collstitué princi-
~ palement d'air, car il est pratiquement impossible d'éliminer
~ 10 totalement l'air dissous dans le liquide de re~roidissement avantson utilisation et d'empêcher toute infiltration d'airau cours
; du ~onctionnement. Ce gaz peut contenir une petite proportion
~ d'hydrogène qui provient de la décomposition de l'éthylène-
glycol~ Les bulles gazeuses qui se forment au sein du liquide
sont entra;nées vers le réservoir 2 par le flux de circulation
et viennent éclater à la surface d'équilibre de ce liquide en
regard des mem.branes telles que 13. La montée des bulles à la
surface d'équilibre du liquide dans le réservoir est favorisée -'
par la forme plate et longue de ce réservoir décrite plus haut.
Les bulles gazeuses s'échappent alors à travers les mernbranes
13, ce qui permet d'éviter les inconvénients des dispositifs
selon l'art antérieur. Il n'en résulte au~une ~uike de liquide
; puisque ces membrane~ perméables aux yaz sont imperméables au
liquide de refroidissement. .;~
Le dispositif selon la présente invention peut etre .~:
.~ appliqué aux générateurs laser à.matériau actif solide refroidis .
par liquide, et en particulier aux générateurs de ce type fonc-
tionnant en régime déclenché avec une cadence de répétition
élevée~
Bien entendu, l'inventlon n'est nullement limitée au mode
de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à
1, ' ' ' .
: : - 5 -
.. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. .. . .
~7;~7
'~ titre d'exempLe. C'es~ ainsi g~e des membranes telLes que 13
peuvent ê~re disposées à la par~ie superieure d'un dispositif
comportant ~ne seule enceinte dù ~iquide de reEroidissement et
ne comportant pas de réserv~ir annexe ni de pompe de circula- ..
tion. De plus, les dispositifs peuvent comporter seulement
une membrane QU plus de deux membranes, le dispositiE à 2 mem- :
branes représenté. sur ~ figure 1 étant particulièrement
indiqué lorsque l'ensemble du dispositif est amené à prendre
' des inclinaisons variables dans un plan vertical parallèle à
la longueur 8 du reservcir.
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