CH617040A5 - - Google Patents

Description

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2.

REVENDICATIONS Dans les lasers à impulsions de puissance élevée du type

1. Dispositif d'augmentation de la cadence de répétition utilisé dans la séparation isotopique, et en particulier pour d'impulsions des faisceaux laser, caractérisé en ce qu'il com- l'enrichissement de l'uranium (voir à ce titre le brevet des prend: des moyens qui engendrent plusieurs faisceaux de rayon- E.U. A. No 3 772 519), on désire avoir une cadence de répéti-nement laser puisé ; des moyens destinés à synchroniser les s tion de plusieurs milliers d'impulsions par seconde, pour obtenir impulsions de rayonnement laser de chaque faisceau, pour que un rendement élevé. Une telle cadence est difficile à obtenir chaque impulsion de chacun de ces faisceaux se produise à un avec la technologie actuelle des lasers en utilisant un seul laser à instant différent ; un réseau comprenant plusieurs éléments divi- impulsions de forte puissance, et il peut être souhaitable d'éviter seurs de faisceau, ce réseau étant placé de façon que chacun des l'utilisation d'éléments tournants pour combiner plusieurs fais-faisceaux de rayonnement atteigne l'une des faces des différents i o ceaux de la façon décrite dans le brevet des E.U.A. No éléments diviseurs de faisceau du réseau, chacun de ces élé- 3 924 937.

ments diviseurs de faisceau étant placé de façon à engendrer L'invention a donc pour but de fournir un dispositif statique plusieurs faisceaux de sortie de rayonnement laser puisé corres- destiné à combiner plusieurs faisceaux laser correspondant à des pondant aux différentes impulsions entrelacées des faisceaux impulsions de rayonnement entrelacées dans le temps, afin d'entrée, et chaque faisceau de sortie correspondant à une 15 d'augmenter la cadence d'impulsions. Ce dispositif doit égale-

fraction de la puissance de chaque impulsion, les impulsions des ment pouvoir être utilisé pour combiner à la fois des impulsions faisceaux de sortie se produisant à une cadence accrue, et entrelacées dans le temps et des impulsions de fréquences contenant une fraction du rayonnement de chacun des faisceaux différentes, pour l'enrichissement isotopique.

d'entrée. Le dispositif défini dans la revendication 1 permet d'attein-

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 dre ces buts.

les différents faisceaux laser correspondent à des rayonnements Un tel dispositif peut être utilisé pour chaque couleur de d'une même fréquence. rayonnement laser d'une installation d'enrichissement isotopi-

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que que destinée à une photo-excitation à sélectivité isotopique, le nombre de faisceaux laser est égal à 2™, n étant un nombre Une forme d'exécution du dispositif peut en outre être utilisé entier. 25 pour superposer les couleurs respectives, de la manière décrite

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dans le brevet déposé sous le titre «Dispositif de combinaison de intervalle de temps est défini par la période de répétition des faisceaux laser de différentes fréquences», dans le but d'obtenir impulsions de rayonnement laser de chacun des faisceaux laser ; d'autres faisceaux composites qui ont non seulement une et en ce que les moyens de synchronisation établissent une durée cadence de répétition supérieure, mais contiennent également

égale entre chacune des impulsions successives, au cours de cet 30 les diverses couleurs de rayonnement laser utilisées dans toute intervalle. l'installation d'enrichissement (brevet no 614 074).

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que Des exemples de réalisation du dispositif, objet de l'inven-les éléments diviseurs de faisceaux réfléchissent et transmettent tion, sont illustrés dans le dessin annexé sur lequel:

des fractions égales du rayonnement laser puisé incident. la figure 1 est un schéma d'un dispositif d'augmentation de

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 35 la cadence d'impulsions, utilisant quatre lasers;

les éléments diviseurs de faisceaux comprennent: un substrat, un la figure 2 est un diagramme séquentiel des impulsions qui revêtement anti-réfléchissant sur une face du substrat, et plu- est utile à l'explication du principe de fonctionnement du dispo-

sieurs couches diélectriques de division de faisceau sur la face sitif de l'invention ;

opposée de ce substrat. la figure 3 représente une modification du dispositif de la

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 40 figure 1, permettant son extension à un plus grand nombre le réseau comprend un jeu d'éléments diviseurs individuels d'entrées ;

d'entrée, chacun de ces éléments recevant sur ses faces opposées la figure 4 est un schéma d'un réseau d'éléments diviseurs de deux faisceaux laser ayant des caractéristiques différentes, un faisceau destiné à combiner 16 sources laser puisées ;

jeu d'éléments diviseurs individuels de sortie, chacun de ces la figure 5 représente un réseau généralisé d'éléments divi-

éléments recevant sur ses faces opposées des faisceaux prove- 45 seurs de faisceau montrant l'extension du dispositif de l'inven-nant de deux éléments diviseurs d'un jeu d'éléments différent du tion à un nombre quelconque de sources laser d'entrée ;

jeu d'éléments de sortie afin de réfléchir et de transmettre une la figure 6 est un dispositif de combinaison statique de partie de chacun de ces faisceaux pour créer deux faisceaux de plusieurs couleurs de rayonnement laser correspondant à une sortie dont chacun contient des composants de tous les faisceaux autre invention ;

d'entrée du réseau, le réseau comprenant en outre plusieurs so ia figure 7 est un diagramme montrant l'utilisation de l'in-

miroirs pour diriger la radiation provenant d'un jeu d'éléments vention avec le dispositif de la figure 6, pour produire simulta-

diviseurs et divergeant de ce réseau vers un autre jeu d'éléments nément une combinaison de couleurs, et une augmentation de la diviseurs. cadence d'impulsions.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre de jeux d'éléments diviseurs de faisceau est égal à n, 55 Dans sa forme d exécution générale, le dispositif d augmen-et en ce que le nombre desdits faisceaux de rayonnement laser tation de la cadence d impulsions d un rayonnement laser comesi inférieur ou égal à 2", n étant un nombre entier. Prend un réseau d'éléments diviseurs de faisceau qui est attaqué

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que P31 Prieurs faisceaux laser constitués par des impulsions entre-le nombre des miroirs est égal à 2n-2, n représentant le nombre lacées dans le temPs- ** réseau combine les faisceaux pour de jeux d'éléments diviseurs de faisceau. eo donner plusieurs faisceaux de sortie contenant chacun des frac-

10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que tions du rayonnement de tous les faisceaux d entrée, ce qui le nombre d'éléments diviseurs de faisceau de chacun desdits donne à chat*ue faisceau de sourtie une cadence de répétition jeux est au moins égal à lamoitié du nombre total de faisceaux d'impulsions qui est multipliée par un facteur correspondant au de rayonnement laser de caractéristiques différentes. nombre de faisceaux d'entrée, par rapport à la cadence qu'on

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé enee 65 peut obtenir avec irne seule source laser.

que chacun des jeux d'éléments diviseurs de faisceau comporte ^ principe de 1 invention est représenté sur la figure 1 qui le même nombre d'éléments diviseurs de faisceau. montre 1111 disP°sitif destiné à 1uatre s™1«*laser 12>14'16 et 18, qui sont généralement des sources monochromatiques limi-

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tées en fréquence et en largeur de bande, destinées à produire une photo-excitation à sélectivité isotopique d'un isotope présent dans un milieu à plusieurs isotopes, comme il est décrit dans le brevet des E.U. A. no3772519. Chaque laser possède un faisceau de sortie respectif 20,22,24 et 26 qui est appliqué à un réseau 30 d'éléments diviseurs de faisceau 32, 34, 36 et 38. Un dispositif de déclenchement synchronisé 40 synchronise chaque laser 12,14,16 et 18 pour qu'il émette des impulsions de façon séquentielle, conformément au diagramme de la figure 2, par exemple. Dans une application préférée de l'invention qui est relative à la séparation isotopique, la séquence de déclenchement définit un intervalle pendant lequel chaque laser est déclenché une fois pour donner une impulsion de sortie des faisceaux 20,22, 24 et 26, les différentes impulsions étant réparties de façon uniforme dans l'intervalle. On obtient ainsi quatre faisceaux de sortie 42,44,46 et 48, qui contiennent chacun une fraction, 25 % dans le cas considéré, du rayonnement de chaque faisceau d'entrée 20,22,24 et 26, et les faisceaux de sortie ont une cadence d'impulsions qui est quatre fois supérieure à celle de chaque faisceau 20,22,24 et 26, comme il est représenté sur la figure 2. Pour obtenir ce résultat, les faisceaux 20 et 22 sont appliqués aux faces opposées du diviseur de faisceau 32. Le diviseur de faisceau 32, comme les diviseurs 34, 36 et 38 est généralement du type réfléchissant la moitié du rayonnement et transmettant l'autre moitié, si bien que ce diviseur de faisceau donne deux faisceaux de sortie égaux 50 et 52. Ces derniers sont appliqués respectivement aux éléments diviseurs de faisceau 38 et 36, en compagnie des faisceaux de sortie 54 et 56 provenant de l'élément diviseur de faisceau 34, qui reçoit les faisceaux d'entrée 24 et 26. Les rayons transmis et réfléchis par le diviseur de faisceau 38 donnent les faisceaux de sortie 42 et 48, tandis que les faisceaux de sortie 44 et 46 sont fournis de façon similaire par l'élément diviseur de faisceau 36.

Les éléments diviseurs de faisceau 32,34,36 et 38 peuvent utiliser des revêtements diélectriques pour obtenir cette caractéristique préférée, correspondant à une transmission de 50%, et une réflexion de 50%. Les revêtements diélectriques de ce type sont bien connus, et peuvent être constitués par exemple par un grand nombre de couches en quart d'onde, avec alternance de couches d'indice de réfraction élevé et d'indice de réfraction faible, sur l'une des faces d'un substrat dont l'autre face est munie d'un revêtement anti-réfléchissant.

La figure 3 représente une forme modifiée du dispositif à lasers de la figure 1, qui utilise des miroirs pour diriger plus facilement les faisceaux laser dans le réseau. La forme modifiée de la figure 3 permet de généraliser le dispositif d'augmentation de cadence d'impulsions de l'invention, pour l'appliquer de façon systématique à un beaucoup plus grand nombre de lasers. La figure 3 montre que les diviseurs de faisceau 32 et 34 forment un premier jeu 60 d'éléments diviseurs de faisceau placées en diagonale, et désignés par la lettre a, tandis que les diviseurs de faisceau 36 et 38 forment un second jeu diagonal 62, dont les éléments sont identifiés par la lettre b. Les miroirs 64 et 66 dirigent le rayonnement des lasers 12 et 16 vers les éléments diviseurs de faisceau 32 et 34, respectivement, du jeu 60. Des miroirs supplémentaires 68 et 70 dirigent les faisceaux respectifs 50 et 56 de l'élément 32 à l'élément 38, d'une part, et de l'élément 34 à l'élément 36, d'autre part. Les miroirs supplémentaires 72 et 74 reçoivent respectivement les faisceaux de sortie 48 et 46, pour donner des faisceaux de sortie parallèles. On peut voir que dans le mode de réalisation de la figure 3, à chaque division d'un faisceau laser incident la puissance de chaque composante de l'un des faisceaux d'entrée d'origine 20, 22,24,26, est divisée par deux, si bien que chaque faisceau 50, 52,54,56, entre les premier et second jeux d'éléments diviseurs de faisceau 60 et 62, possède la moitié de la puissance d'origine,

tandis que les faisceaux de sortie du second jeu 62 possèdent le quart de la puissance d'origine.

La figure 4 représente un dispositif destiné à augmenter la cadence d'impulsions à partir de 16 lasers puisés, fournissant 5 chacun un faisceau d'entrée de rayonnement laser portant la référence 80, 82. Chaque faisceau d'entrée 80 ou 82 est appliqué à un élément diviseur de faisceau d'un premier jeu 84 d'éléments diviseurs de faisceau, et chaque élément de ce jeu porte la référence a. Les faisceaux 80 sont tout d'abord réfléchis io par un groupe de miroirs 86, pour atteindre une face des éléments a. Les faisceaux de sortie résultant de la division qui est effectuée par les éléments du jeu 84 sont dirigés vers différents éléments diviseurs de faisceau respectifs d'un second jeu 88 d'éléments diviseurs de faisceau, dont chaque élément i s porte la référence b. Deux miroirs 90 sont utilisés pour le rayonnement qui sort du réseau par les éléments d'extrémité a du premier jeu 84, et ces miroirs dirigent ce rayonnement vers le dernier élément b du jeu 88, représenté en une autre position du réseau. De façon similaire, les sorties de chaque élément b du 20 second jeu d'éléments 88 sont dirigées vers différents éléments diviseurs de faisceau c d'un troisième jeu 92 d'éléments diviseurs de faisceau. Le rayonnement de sortie des deux éléments d'extrémité de chaque côté du jeu 88 est réfléchi par les miroirs 94 pour être appliqué à trois des éléments diviseurs de faisceau c 25 du jeu 92. Chaque élément de diviseur de faisceau d du dernier jeu d'éléments 96 reçoit sur ses faces opposées les rayonnements de sortie provenant des différents éléments du jeu 88 et, dans ce but, l'un au moins des faisceaux d'entrée de chaque élément 96 est réfléchi par l'un des miroirs d'un groupe 98 qui 30 modifie l'orientation du rayonnement de l'un des éléments du groupe 92. Les faisceaux de sortie des éléments d du jeu 96 constituent les faisceaux de sortie de l'ensemble du réseau et, dans le cas d'éléments diviseurs à 50%, chaque faisceau de sortie contient 1/16 de la puissance de chaque faisceau d'entrée. 35 Les miroirs 100 peuvent être utilisés pour l'un des faisceaux de sortie de chaque élément d du jeu 96, pour diriger ces faisceaux selon des trajectoires parallèles, pour permettre leur utilisation dans un dispositif d'enrichissement isotopique.

40 On indiquera maintenant, en se référant à la figure 5, la façon de procéder pour combiner un nombre indéfini N de faisceaux laser d'entrée différents. Comme il est représenté, on suppose que les différents faisceaux d'entrée sont parallèles les uns aux autres, ce qui peut être obtenu facilement en utilisant 45 des miroirs, si nécessaire. Un premier groupe de faisceaux d'entrée 102 peut être appliqué sur une première face des éléments diviseurs de faisceau a d'un premier jeu 104, et un second groupe de faisceaux d'entrée 106 est réfléchi par un groupe de miroirs 108 pour être appliqué sur les faces opposées 50 des éléments diviseurs de faisceau a du premier jeu 104. On supposera que le nombre N est égal à une puissance entière de 2, bien qu'on puisse supprimer certains faisceaux d'entrée d'un tel réseau à N entrées, si on le désire. Dans ce cas, le nombre de miroirs du groupe 108 est égal à n/2, et le nombre d'éléments 55 diviseurs de faisceau a du jeu 104 ainsi que de tous les autres jeux d'éléments diviseurs de faisceau est également égal à n/2.

Les éléments diviseurs de faisceau b d'un second jeu 110 sont placés de façon à recevoir le rayonnement du chaque faisceau de sortie des éléments a du premier jeu 104. De plus, 60 du fait que les faisceaux de sortie 112 correspondant à chaque extrémité du premier jeu d'éléments 104 divergent par rapport au réseau, il est nécessaire d'utiliser un jeu de miroirs 114 pour renvoyer le rayonnement dans le réseau, en direction du dernier élément du jeu 110. Le jeu 110 comporte n/2 éléments. Le jeu 65 suivant 116, formé par les éléments c, nécessite deux fois plus de miroirs 118 que le jeu 110 précédent, et ainsi de suite jusqu'au jeu final d'éléments diviseurs de faisceau, pour lequel on devrait employer autant de miroirs qu'il y a d'éléments dans ce jeu.

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Le dispositif d'augmentation de cadence d'impulsions et de division de puissance décrit ci-dessus peut être associé à un dispositif de combinaison de faisceaux laser de couleurs différentes, du type représenté sur la figure 6 et décrit dans la demande de brevet française déposée le même jour par la titulaire sous le titre «Dispositif de combinaison de faisceaux laser de différentes fréquences». La figure 6 montre qu'un dispositif destiné à combiner les quatre couleurs correspondant aux fréquences différentes des lasers 120,122,124 et 126 comprend un groupe de quatre éléments diviseurs de faisceau 128,130,132 et 134, placés dans la configuration de la figure 1, pour donner quatre faisceaux de sortie identiques 136,138,140 et 142, chaque diviseur de faisceau 128,130,132,134, étant un diviseur à 50%.

Le dispositif représenté sur la figure 6 peut être combiné avec le dispositif d'augmentation de la cadence d'impulsions, comme il est représenté sur la figure 7, pour donner un dispositif combiné d'augmentation de cadence d'impulsions et de superposition de couleurs. Le dispositif de la figure 7 comporte un groupe de 4 dispositifs d'augmentation de la cadence de l'impulsion 146,148,150 et 152, recevant chacun les 16 rayonnements laser d'entrée, et correspondant donc chacun au dispositif de la figure 4. Les différents faisceaux laser d'entrée du dispositif 146 sont fournis par des lasers 154 produisant des impulsions entrelacées dans le temps, et tous ces faisceaux ont la même couleur ou la même fréquence, correspondant par exemple à une photoexcitation de l'uranium à sélectivité isotopique. Le dispositif d'augmentation de la cadence d'impulsions 148 est associé à 16 lasers 156, qui ont tous la même couleur et dont les impulsions sont entrelacées dans le temps, et la couleur des lasers 156 est distincte de celle des lasers 154, et les lasers 156 sont accordés pour produire une excitation ou un saut d'énergie différent dans le processus de photo-excitation et d'ionisation présentant une sélectivité isotopique, comme il est décrit de façon générale dans le brevet des E.U.A. no 3 772 519. De façon similaire, les dispositifs 150 et 152 reçoivent des faisceaux d'entrée prove-5 nant des groupes de 16 lasers 158 et 160. Les fréquences des lasers 154,156,158 et 160 sont de façon générale distinctes et correspondent à 4 longueurs d'onde différentes, comme il est indiqué sur le dessin. Bien que l'utilisation de 4 fréquences corresponde à une modification du dispositif représenté dans le m brevet des E.U.A. no 3 772 519, mentionné précédemment, il est également possible d'utiliser moins de 4 fréquences.

Chaque dispositif 146,148,150,152 fournit 16 faisceaux de sortie portant les références B1-B16 sur la figure 7, et ces faisceaux ont une cadence de répétition d'impulsions accrue, et i5 comportent des fractions de puissance égales provenant de chaque laser 154,156,158 et 160. Conformément à la figure 6, on utilise un groupe de 16 dispositifs de combinaison de faisceaux de longueur d'onde différente 162,164 ;... 166, et chaque dispositif comporte 4 faisceaux d'entrée. Un faisceau de 2o sortie de chaque dispositif d'augmentation de la cadence d'impulsions 146,148,150,152 est appliqué à une entrée de chacun des 16 dispositifs de combinaison de couleurs 162 à 166. Les dispositifs de combinaison de couleurs 162 à 166 fournissent au total 64 faisceaux de sortie, ayant chacun une cadence de 25 répétition d'impulsions accrue et contenant des composantes de chacune des couleurs qui sont généralement utilisées pour la séparation isotopique. Les 64 faisceaux de sortie peuvent ensuite être employés dans une ou plusieurs chambres de séparation isotopique du type décrit dans le brevet des E.U.A. no 30 3 772 519, mentionné précédemment, ou dans des chambres modifiées du type décrit dans le brevet suisse déjà mentionné. Chaque module peut recevoir un ou plusieurs faisceaux, en fonction des besoins.

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