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Molecule
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CO
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Zn
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Se
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water
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DES
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Physical
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100 percent
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de 100 percent
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22 percent
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30 percent de
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100 percent de
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7 J
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de 100 W
(1)
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de 80 W
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Gene Or Protein
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Etre
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Bric
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Fic
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Tre
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Generic
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cations
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517131A1
Family ID 3044661
Probable Assignee Olympus Optical Co
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF POUR FAIRE VARIER LA PUISSANCE D'UN LASER
Abstract
_________________________________________________________________
DISPOSITIF POUR FAIRE VARIER LA PUISSANCE DE SORTIE D'UN LASER,
CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UNE SOURCE POUR ENGENDRER UN FAISCEAU
LASER, AU MOINS UNE PLAQUE A FACES PARALLELES 23, PRESENTANT UNE
CARACTERISTIQUE DE TRANSMISSION POUR LE FAISCEAU LASER ET DISPOSEE DE
MANIERE QUE LE FAISCEAU LASER Y PENETRE SELON UN ANGLE DE BREWSTER TH
PAR RAPPORT A L'AXE OPTIQUE, DES MOYENS 24 POUR FAIRE TOURNER LA
PLAQUE AUTOUR DE SON AXE OPTIQUE, ET UN CORPS 26 POUR ABSORBER LE
FAISCEAU LASER REFLECHI A PARTIR DE LADITE PLAQUE.
A device for varying laser output including a source for generating a
laser beam, at least one parallel flat plate having a transmissive
characteristic for the laser beam and so arranged that the laser beam
enters with the optical axis thereof at a Brewster's angle, a
mechanism for rotating the plate about the optical axis, and a laser
absorbing body for absorbing the laser beam reflected from the plate.
Description
_________________________________________________________________
l 2517131 La presente invention est relative a un dispositif de
changement de puissance d'un laser, permettant de modifier la
puissance de sortie d'un laser avec stabilite.
Recemment, les lasers ont ete utilises sur une large echelle dans des
domaines d'application varies Dans les domaines medicaux et dans des
appli- cations a des usinages de pieces delicates, on utilise un laser
a gaz CO 2, pre- sentant une puissance de sortie de l'ordre de
plusieurs dizaines de watts, pour un laser typique Dans un tel laser a
gaz, il est necessaire de modifier la puissance de sortie provenant de
son oscillateur, en fonction de l'utilisa- tion particuliere du laser.
Un tel laser a gaz CO 2 est utilise avec un mode d'oscillation compor-
tant une excitation par decharge luminescente dans un melange de gaz a
faible pression (de quelques milliers de Pascals), la puissance de
sortie de l'oscillateur du laser etant rendue variable par
modification de la quantite du courant de decharge Cependant, de tels
moyens connus pour modifier la puissance de sortie du laser presentent
les inconvenients suivants: a) le circuit de commande de courant de
haute tension (de quelques k V a plusieurs dizaines de k V) est
necessaire pour controler et commander le courant de decharge, et il
en resulte des elements de circuit de com- mande du courant de grandes
dimensions et de prix de revient important, pour des tensions aussi
elevees; b) dans un laser a gaz a faible pression, avec une excitation
par decharge, tel que le laser a gaz CO 2, la region d'oscillation
sure du laser n'est pas toujours positionnee sur la region de
stabilisation de la decharge, et il en resulte que la modification du
courant de decharge provoque un defaut de stabilisation de la
decharge, et donc de l'oscillation du laser Par con- sequent, il est
preferable de fixer a une valeur mieux appropriee la ten- sion et le
courant de decharge; c) en raison des motifs conduisant a
l'inconvenient mentionne en b), on peut obtenir un changement stable
de la puissance de sortie du laser par le controle du courant de
decharge, mais seulement dans des regions de faible puissance de
sortie correspondant a environ 30 percent de la puissance de sortie
maximale du laser; d) les elements de commande et de controle du
courant de decharge de- viennent un facteur determinant, en ce qui
concerne la duree de vie du
2 2517131 dispositif. Il est connu qu'un laser a puissance de sortie
elevee, a oscillation en ondes entretenues, presente une puissance de
sortie tres superieure a celle obtenue dans les lasers du type decrit
ci-dessus, cependant, ces lasers a puis- sance de sortie elevee, par
exemple du type CO, HF ou DF, presentent encore les memes problemes
que les lasers selon la technique anterieure, etant donne qu'il est
necessaire d'en faire varier la puissance de sortie elevee en fonction
des applications Cependant, il n'a jamais ete mis au point de moyens
appro- pries pour modifier la puissance de sortie de ces lasers a
puissance de sortie tres elevee.
La presente invention se propose d'apporter des moyens permettant de
pallier les inconvenients mentionnes ci-dessus des dispositifs de
changement de puissance de sortie des lasers selon la technique
anterieure.
Un autre but de l'invention est d'apporter un dispositif de
modification de la puissance de sortie d'un laser, permettant
d'obtenir des modifications stables de cette puissance a l'aide d'un
systeme de realisation et de fonctionne- ment simple.
La presente invention vise en consequence un dispositif pour faire
varier la puissance de sortie d'un laser qui comprend une source
engendrant un fais- ceau laser, au moins une plaque plate parallele
presentant une caracteristique de transmission pour le faisceau laser,
et qui est disposee de maniere que ce faisceau laser penetre sur un
axe optique de cette plaque selon un angle de Brewster, des moyens
pour faire tourner la plaque autour de l'axe optique, et un corps
d'absorption pour absorber le faisceau laser reflechi a partir de la
dite plaque.
Selon la presente invention, les moyens pour faire tourner la plaque
plate parallele detectent l'augmentation de temperature du corps
d'absorption du faisceau laser, determinent arithmetiquement la
puissance de sortie du laser traversant ladite plaque, et font tourner
cette plaque sous l'action d'une puissance de sortie obtenue par
comparaison de la valeur mesuree avec une puissance de sortie de
consigne du dispositif Selon l'invention, le corps ab- sorbant le
faisceau laser est pourvu de moyens de refroidissement Selon une autre
caracteristique de l'invention, la plaque plate parallele, les moyens
de rotation de cette plaque et le corps absorbant le faisceau laser
sont disposes dans un resonateur de laser.
3 2517131
D'autres caracteristiques et avantages de cette invention ressortiront
de la description faite ci-apres en reference aux dessins annexes, qui
en il- lustrent un exemple de realisation depourvu de tout caractere
limitatif Sur les dessins: la Figure 1 represente schematiquement le
principe d'un dispositif pour faire varier la puissance de sortie d'un
laser selon la presente invention; la Figure 2 est une vue schematique
destinee a faire comprendre le principe de fonctionnement du
dispositif represente sur la Figure 1; la Figure 3 a est une vue
schematique, en coupe partielle, illustrant un premier mode de
realisation d'un dispositif selon la presente invention; la Figure 3 b
est une vue en elevation laterale representant un dispo- sitif de
commande de rotation du dispositif selon la presente invention repre-
sente sur la Figure 3 a la Figure 4 est une vue schematique,
partiellement en coupe, repre- sentant un second mode de realisation
du dispositif selon la presente invention; la Figure 5 est une vue
schematique, en coupe partielle, illustrant un troisieme exemple de
realisation du dispositif selon l'invention; la Figure 6 est une vue
schematique, en coupe partielle, illustrant un quatrieme exemple de
realisation du dispositif selon l'invention; et, la Figure 7 est une
vue schematique, partiellement en coupe, d'un cinquieme exemple de
realisation du dispositif selon la presente invention.
On se refere en premier lieu a la Figure 1, qui illustre un schema de
principe d'un dispositif selon l'invention pour faire varier la
puissance de sor- tie d'un laser Sur cette Figure, la reference 1
designe un oscillateur d'un laser a gaz CO 2, ou un resonateur
presentant une fenetre Il a angle de Brewster' et un miroir 12, pour
devier le faisceau de sortie du laser L'oscillateur 1 engendre un
faisceau laser unique, polarise lineairement 2 Dans cet exemple de
realisation, les composants polarises 2 ' du faisceau laser oscillant
sont constitues par de la lumiere polarisee lineairement, ne
presentant que des composantes paralleles.
Une plaque plane 3, presentant deux faces paralleles et ayant des
caracteristiques de passage du faisceau laser, telles que celles
obtenues a l'aide de Ge, Zn Se, est disposee sur un axe optique du
faisceau laser 2 en- gendre par l'oscillateur 1 La plaque plane 3 est
disposee de maniere que le faisceau laser 2 soit incident sur la
plaque 3, selon un angle de Brewster B
4 2517131 par rapport a la longueur d'onde d'oscillation.
Avec une telle disposition, on obtient un facteur de transmission du
faisceau laser 2 vers la plaque plate a faces paralleles 3 egal a 100
5 o, par suite de la loi de Brewster En d'autres termes, le faisceau
laser Z est inci- dent sur la plaque 3, dans un etat correspondant a
100 percent de condition de lu- miere polarisee Dans de telles
conditions, on fait tourner la plaque 3 autour de l'axe optique du
faisceau laser 2, de maniere a faire tourner la surface in- cidente de
ce faisceau laser par rapport a la plaque 3 (dans ces conditions,
l'angle de rotation est O), on diminue les composantes P du faisceau
laser 2 par rapport a la plaque 3, et on augmente les composantes S de
facon qu'elles deviennent 100 percent pour une valeur de O = 900 Par
consequent, le facteur de transmission du faisceau laser 2 est
minimal, dans ces conditions.
Le facteur de transmission de l'energie, pour la plaque 3, peut s'ex-
primer sous la forme de l'expression ci-apres, basee sur les formules
de Fresnel T= o 2 sin 2 Q Bsin 2 (B 7 J/2) 2 T =cos 9 e + _ x sin 1
sin r/2 formule dans laquelle O B = tg N (n etant l'indice de
refraction de la plaque a faces paralleles 3).
Il en resulte que l'on peut changer le facteur de transmission du
faisceau laser en faisant tourner la surface incidente de ce faisceau
laser 2 par rapport a la plaque a faces paralleles 3 selon l'angle de
rotation ce qui modifie la valeur du faisceau traversant la plaque 3
Par exemple, si l'on considere que l'on utilise un faisceau laser au
CO ayant une longueur d'onde de 10, 6,um, et si l'on utilise une
plaque a faces paralleles 3 du type Ge (N = 4), si l'angle de rotation
q de la plaque a faces paralleles 3 varie de O a 90, le facteur de
transmission de cette plaque variera de 100 percent A 22 percent,
comme on peut le voir sur la courbe representee sur la Figure 2,
quillustre les variations du facteur de transmission de la plaque 3 en
fonction de l'angle de rotation oi Dans ce cas, la longueur d'onde du
laser a gaz CO se situe dans la region de l'infrarouge, de maniere que
l'indice de reflexion d'un element transparent, tel que la plaque 3,
dans la region de l'infrarouge, soit plus eleve que dans une region
visible Il en resulte que le facteur de transmission, pour / = 90
(entree polarisee en mode S) est considerablement diminue.
17131
On decrira maintenant un exemple de realisation d'un dispositif pour
faire varier la puissance de sortie d'un laser selon la presente
invention, en se referant aux Figures 3 a et 3 b.
Sur la Figure 3 a, la reference 21 designe l'oscillateur d'un laser a
gaz Co 2 ayant une fenetre 211 a angle de Brewster, et un miroir 212
pour devier le faisceau de sortie du laser L'oscillateur 21 engendre
un faisceau laser 22.
Un element transparent, constitue par exemple par une plaque plane a
faces paralleles 23 en Ge, Zn Se, et comportant une caracteristique
appropriee de transmission du faisceau laser, est prevu sur l'axe
optique du faisceau laser 22 La plaque a faces paralleles 23 est
montee sur un support 24, avec une certaine inclinaison, qui est
choisie de maniere que le faisceau laser 22 soit incident selon
l'angle de Brewster GB.
Le support 24 presente une forme cylindrique, et l'une de ses extremi-
tes ouvertes supporte la plaque 23, cependant que son autre extremite
ouverte est pourvue d'un mecanisme de commande de rotation 25 Ce
mecanisme de commande 25 entraine enl rotation le support 24 autour de
l'axe optique, ce qui se traduit par une rotation de la plaque a faces
paralleles 23 autour de l'axe optique Comme on peut le voir sur la
Figure 3 b, le mecanisme d'entralne- ment 25 est constitue par un
pignon 251, monte sur le support 24, et par une cremaillere 252, en
prise avec le pignon 251.
Un corps absorbant le faisceau laser 26, constitue par exemple sous la
forme d'une bric, est dispose sur la peripherie du support 24 Ce corps
26 est choisi de ma'niere a absorber le faisceau laser reflechi par la
plaque a faces paralleles 23 Le corps absorbant 26 est muni de moyens
de refroidisse- ment, par exemple sous la forme d'une chemise 27 a
circulation d'water, afin d'eliminer l'energie calorifique engendree
dans ce corps 26 De l'water de re- froidissement est delivree a la
chemise 27.
On expliquera maintenant le fonctionnement du dispositif decrit ci-
dessus en reference aux Figures 3 a et 3 b.
Le faisceau laser 22 engendre par l'oscillateur 21 est incident sur la
surface de la plaque a laces paralleles 23 Lorsque l'angle de rotation
e de la surface incidente du faisceau laser 22, par rapport a la
plaque 23, est egal a 0, le facteur de transmission de la plaque a
faces paralleles 23 de- vient egal a 100 percent, si bien que l'on
peut obtenir un facteur de transmission de 100 percent, en ce qui
concerne le faisceau laser 22 ' traversant la plaque 23.
6 2517131
Lorsque le mecanisme d'entrainement 25 fait tourner le support 24, et
par consequent la plaque a faces paralleles 23, autour de l'axe
optique, c'est- a-dire lorsque l'angle de rotation S varie dans un
domaine compris entre O' et 90 ', on modifie le facteur de
transmission de la plaque 23, de maniere a pouvoir obtenir un faisceau
laser transmis 22 ', correspondant au facteur de transmission, et le
faisceau laser reflechi 22 " est absorbe par le corps ab- sorbant 26
Si l'on utilise un laser a gaz CO 2 presentant une puissance de sortie
de 100 W, le faisceau laser reflechi presente une puissance de 80 W
pour 1 = 90 Le corps absorbant 26 est realise sous la forme d'une
bric, presentant d'excellentes proprietes refractaires, et l'water de
refroidissement delivree a la chemise 27 permet d'eliminer de facon
positive l'energie calori- fic provenant du faisceau reflechi.
Comme on l'a decri t precedemment, on peut, en variante, modifier la
puissance de sortie du faisceau laser en faisant tourner le support 24
et la plaque a faces paralleles 23, par l'action du mecanisme
d'entrainement 25.
Lorsque la plaque 23 est constituee de Ge (n = 4, O), la puissance de
sortie du faisceau laser peut 8 tre modifiee dans un domaine de
facteur de transmission compris entre 100 percent et 22 percent o.
Selon une telle realisation, la plaque a faces paralleles est disposee
de maniere que le faisceau laser soit incident sur l'axe optique du
faisceau, selon un angle de Brewster, et la plaque est entrainee en
rotation autour de l'axe optique, de maniere a pouvoir modifier la
puissance de sortie du faisceau laser.
On obtient ainsi un dispositif de construction et de fonctionnement
simples.
L'angle de rotation de la plaque a faces paralleles est de 90 e Mais,
meme si l'on augmente la valeur de cet angle, la puissance de sortie
du laser change uniquement dans la region variable, si bien que l'on
peut supprimer un mecanisme d'arret (butee), ce qui simplifie la
construction du dispositif Par ailleurs, le reglage d'angles
relativement importants se traduit par un reglage tres fin de la
puissance de sortie du faisceau laser et par une grande precision
mecanique.
La modification de la puissance de sortie du faisceau laser est
obtenue independamment de l'oscillateur du laser, si bien que ce
dernier est utilise dans les meilleures conditions de stabilite
(courant et pression du gaz, dans le cas d'un laser a gaz) Il est donc
inutile de prevoir des circuits de com- mande stabilises en courant,
dans la source d'alimentation de l'oscillateur ce qui permet de
realiser un oscillateur de faibles dimensions et peu couteux.
On se refere maintenant a la Figure 4, qui illustre un second exemple
de realisation d'un dispositif selon la presente invention Dans ce
mode d'exe- cution, le corps absorbant le faisceau laser 26 est fixe
au support 24, et il est donc entraine en rotation avec ce support
autour de l'axe optique Les autres elements de ce dispositif sont
identiques a ceux du dispositif decrit cidessus.
Dans un tel exemple de realisation, les dimensions du corps absorbant
26 peuvent etre faibles, de maniere que le spot du faisceau laser
reflechi 22 " soit incident sur le corps 26.
La Figure 5 illustre un autre exemple de realisation d'un dispositif
selon la presente invention Dans cette variante, la puissance de
sortie du laser peut etre reglee automatiquement a une valeur de
consigne Dans ce but, le corps 26 absorbant le faisceau laser joue le
role de detecteur de tempera- ture, de facon que toute augmentation de
temperature du corps 26, due au faisceau laser reflechi 22 " a partir
de la plaque 23, soit detectee par un cir- cuit 30, que la puissance
de sortie du faisceau laser 22 ' traversant la plaque 23 soit
determinee arithmetiquement en fonction de la temperature detectee, et
que la puissance de sortie ainsi determinee soit affichee sur un
systeme de visualisation ou d'affichage 31 Simultanement, la sortie du
circuit de detec- tion 30 est delivree a un circuit de comparaison 32
qui compare cette sortie a une sortie provenant d'une unite de
determination de sortie 33, qui fixe la valeur de la puissance de
sortie du laser a une quantite predeterminee.
La sortie comparee du comparateur 32 est delivree au mecanisme de
commande de rotation 25 par l'intermediaire d'un circuit
d'entrarnernent 34.
Le mecanisme de commande 25 entrarne le support 24, ce qui a pour
resultat de regler le faisceau laser 22 ' traversant la plaque 23 a la
valeur de consigne.
Grace a une telle realisation, on peut automatiquement regler la puis-
sance de sortie du laser a la valeur de consigne determinee au cours
d'une operation particulierement simple.
On se refere maintenant a la Figure 6, qui illustre un autre exemple
de realisation d'un dispositif selon l'invention Dans cette variante,
la region variable de puissance de sortie peut etre importante A cet
effet, une pluralite de plaques a faces paralleles 231, 232 (dans
l'exemple illustre par le dessin on a represente deux plaques) sont
disposees de maniere que le faisceau laser 22 soit incident sur l'axe
optique selon un angle de Brewster B Les plaques
8 2517431 a faces paralleles 231, 232 sont montees sur un support
commun 24, et elles sont entrainees en rotation autour de l'axe
optique par l'action d'un mecanisme d'entrainement 24 Les references
261 et 262 designent des corps absorbant le faisceau laser reflechi
par chaque plaque parallele 231, 232, respectivement.
Grace a une telle realisation, le facteur de transmission peut etre
modifie par chaque plaque 231, 232, si bien que la region variable de
puissance de sortie du laser peut etre importante Par exemple, si l'on
suppose que l'on utilise des plaques a faces paralleles 231, 232 en Ge
(n = 4, 0), la region va- riable de puissance de sortie peut etre
large pour la region comprise entre 4 et 100 qo Si l'on utilise des
plaques 231, 232 en Zn Se (n = 2,4), la region de puissance de sortie
peut etre large pour la region comprise entre 12 et 100 percent.
L'utilisation de deux plaques a faces paralleles 231 et 232 se traduit
par une correction de l'ecart d'axe optique et par une puissance de
sortie appropriee du faisceau laser.
La Figure 7 illustre une variante du dispositif selon l'invention qui
est disposee de facon independante a la sortie de l'oscillateur du
laser Cependant, ce dispositif peut etre place a l'interieur du
resonateur du laser Dans ce dis- positif, on retrouve les memes
composants que dans l'exemple selon la Figure
3, notamment une fenetre 211 a angle de Brewster et un miroir 212 pour
de- vier le faisceau de sortie du resonateur Grace a une telle
variante, la rotation du support 24 modifie les pertes du resonateur,
ce qui permet de regler la sortie oscillee.
Il demeure bien entendu que la presente invention n'est pas limitee
aux divers exemples de realisation decrits et representes ici, mais
qu'elle en englobe toutes les variantes.
9 2517131
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Dispositif pour faire varier la puissance de sortie d'un laser,
caracterise en ce qu'il comprend une source pour engendrer un faisceau
laser, au moins une plaque a faces paralleles (3; 23; 231-232),
presentant une carac- teristique de transmission pour le faisceau
laser, et disposee de maniere que le faisceau laser y penetre selon un
angle de Brewster (OB) par rapport a 1 'axe optique, des moyens (24)
pour faire tourner la plaque autour de son axe optique, et un corps
(26; 26 '; 261-262) pour absorber le faisceau laser reflechi a partir
de ladite plaque.
2 Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que les
moyens pour faire tourner la plaque a faces paralleles detectent
l'augmentation de temperature du corps absorbant le faisceau laser
(26), determinent arithmeti- quement la puissance de sortie du
faisceau laser qui traverse ladite plaque, et font tourner cette
plaque sous l'effet d'une sortie obtenue en comparant le re - sultat
de la mesure avec une valeur de consigne du dispositif.
3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterise en ce
que le corps absorbant le faisceau laser reflechi est muni de moyens
de re- froidis sement.
4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracte-
rise en ce que la plaque a faces paralleles (23), les moyens de
rotation de la plaque (24) et le corps absorbant le faisceau laser
reflechi sont montes dans un resonateur du laser.
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