FR3059840A1 - Melange gazeux pour prolonger la duree de vie d'un laser a dioxyde de carbone - Google Patents
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Abstract
La présente invention propose un mélange gazeux pour prolonger la durée de vie du laser à dioxyde de carbone. Ce mélange comprend de l'azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium à la proportion volumique suivante : 5-20% d'azote; 5 à 20% de dioxyde de carbone; 0-10% de monoxyde de carbone; 0-4% d'oxygène; 3-10% de Xénon et de l'hélium en qsp.
Description
Titulaire(s) : LONGKOU KERUI LASER SCIENCE AND TECHNOLOGY LIMITED COMPANY.
Demande(s) d’extension : Polynésie-Fr
Mandataire(s) : CABINET BLEGER-RHEIN-POUPON.
?4) MELANGE GAZEUX POUR PROLONGER LA DUREE DE VIE D'UN LASER A DIOXYDE DE CARBONE.
)6() La présente invention propose un mélange gazeux pour prolonger la durée de vie du laser à dioxyde de carbone. Ce mélange comprend de l'azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium à la proportion volumique suivante: 5-20% d'azote; 5 à 20% de dioxyde de carbone; 0-10% de monoxyde de carbone; 0-4% d'oxygène; 3-10% de Xénon et de l'hélium en qsp.
FR 3 059 840 - A1
i
Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des lasers, et en particulier un mélange gazeux 5 utilisé dans un laser.
Contexte
Le laser à dioxyde de carbone occupe une place importante dans la famille des lasers avec sa bonne qualité de faisceau et son rapport qualité-prix raisonnable, et est donc utilisé dans une large mesure dans les industries de procédés de traitement des matériaux.
Actuellement, les lasers à tube en verre à courant continu conventionnels sont remplacés progressivement par des lasers d'une nouvelle génération, les lasers à dioxyde de carbone scellés de type à excitation à radiofréquences. Concernant ces nouveaux lasers à dioxyde de carbone, les performances et la durée de vie sont affectés par la stabilité du gaz qui est enfermé dans une cavité. Généralement, le milieu gazeux à l'intérieur de la cavité est un mélange de dioxyde de carbone, d’azote, d’hélium et d’un petit volume de gaz supplémentaire selon des proportions prédéterminées, plutôt que du dioxyde de carbone pur (Yan Jixiang, Principe et technologie de laser, Maison d'édition d’éducation supérieure, 2004).
Adam et al donnent une proportion typique d'un mélange gazeux à CO2 : N2: He = 1: 9: 15 (Adam Cenian, Andrey Chernukho, et Grazyna Rabczuk : les influences des composants du milieu de travail sur les performances du laser à dioxyde de carbone, Recueil des articles de la réunion SPIE, Vol. 4237, 2000, 219 pages). (Adam Cenian, Andrey Chernukho, Grazyna Rabczuk. Investigations of the influence of working mixture composition on a CO2 laser performance. Proceedings of SPIE Vol.4237, 2000, 219.
Pendant la décharge à radiofréquences, la composition du mélange gazeux varie en fonction de l’ionisation de gaz et des interactions entre les électrons. Avec le dioxyde de carbone se produit la réaction suivante :
CO2 + e —* CO + O + e (1)
CO2 + e —> CO + Ο (2)
Pendant la réaction, le mélange gazeux génère une série de produits de réaction du type CO, O, O, O2, NO, etc. La réaction entraîne la décomposition du dioxyde de carbone, dont le processus de décomposition peut être décrit simplement par l’équation d'équilibre ci-dessous:
CO2 θ CO + l/2O2 ( 3)
Selon l’équation (3), à l’état d’équilibre de la réaction, si les teneurs en CO et O2 restent invariables, le teneur en CO2 peut elle aussi rester invariable. Cependant, CO et O2 produits au cours de la réaction sont consommés en continu par les électrodes et par d’autres matériaux (alliage d'aluminium généralement) à l'intérieur de la cavité, ce qui entraîne la direction de réaction vers la droite et conduit à une réduction continue de la teneur en CO2 et à une réduction continue de puissance en sortie de laser (Wilfried Haas et Tetsuo Kishimoto, Recherche sur les composants gazeux du laser à dioxyde de carbone scellé à type d’excitation à radiofréquences, Recueil des articles de la réunion SPIE, Vol. 1276, 1990, 49 pages). (Wilfried Haas, Tetsuo Kishimoto. Investigation of the gas composition in sealed-off RFexcited CO2 lasers. Proceedings of SPIE Vol. 1276, 1990, 49.)
Par conséquent, la durée de vie et la fiabilité du laser à dioxyde de carbone dépendent largement de la prévention de la décomposition du CO2 et du maintien de la stabilité du gaz.
Pour éviter une réaction d'oxydation entre d’une part CO et O2 produits au cours de la réaction et d’autre part les matériaux présents à l'intérieur de la cavité, une mesure utilisée dans l’art antérieur consiste à traiter les surfaces de la cavité et les matériaux des électrodes (passivation) pour bloquer ou ralentir l'oxydation. Par exemple, en recourant à une anodisation de la surface d'aluminium, sans nickel galvanisé. En outre, on considère que le dorage de la surface des électrodes ou l’emploi d'autres composants peut favoriser la direction de réaction dans le sens de la production de CO2 dans l’équation (3). Ces mesures permettent d’améliorer significativement la durée de vie du laser, en particulier d’améliorer la durée de vie du laser dans des conditions de fonctionnement en continu.
Cependant, ces mesures augmentent non seulement les coûts du laser, mais entraînent aussi d’une part la décomposition du CO2, puisque le revêtement de protection de la surface de l’alliage d'aluminium peut être endommagé du fait de la fatigue thermique lorsque le laser fonctionne avec des cycles de marche-arrêt fréquents, et dans l’hypothèse de variations significatives de la température de l’environnement; d'autre part, la surface endommagée produit un grand nombre de particules fines d'oxyde qui se déplacent à l'intérieur de la cavité et adhèrent sur la surface du miroir optique, ce qui endommage ladite surface optique.
De fait, la technique de clé pour prolonger la durée de vie des lasers à dioxyde de carbone consiste à maintenir la stabilité du CO2.
Description de l’invention
La présente invention a pour objet un mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone. Ledit mélange gazeux permet de maintenir la stabilité en CO2, afin de prolonger la durée de vie d’un tel laser.
A cet effet, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
5-20% d'azote;
à 20% de dioxyde de carbone;
0-10% de monoxyde de carbone;
0-4% d'oxygène;
3-10% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
De préférence, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
8-16% d'azote;
8-16% de dioxyde de carbone;
1-8% de monoxyde de carbone;
1-3% d'oxygène;
5-7,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Plus précisément, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
10% d'azote;
10% de dioxyde de carbone;
2% de monoxyde de carbone;
2% d'oxygène;
5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Selon une alternative, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
12% d'azote;
12% de dioxyde de carbone;
4% de monoxyde de carbone;
2% d'oxygène;
6% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Selon une autre possibilité, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
14% d'azote;
14% de dioxyde de carbone;
6% de monoxyde de carbone;
3% d'oxygène;
7% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Selon encore une autre possibilité, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
16% d'azote;
16% de dioxyde de carbone;
7% de monoxyde de carbone;
1% d'oxygène;
7,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Selon une variante possible, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
15% d'azote;
15% de dioxyde de carbone;
8% de monoxyde de carbone;
1,5% d'oxygène;
6,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Selon une autre variante possible, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
13% d'azote;
13% de dioxyde de carbone;
5% de monoxyde de carbone;
2,5% d'oxygène;
5,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Selon encore une autre variante possible, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
11% d'azote;
11% de dioxyde de carbone;
5,6% de monoxyde de carbone;
2,8% d'oxygène;
5,1% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Enfin, selon encore une autre possibilité, le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
10% d'azote;
14% de dioxyde de carbone;
4,8% de monoxyde de carbone;
2,1% d'oxygène;
6,3% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la présente invention peut en fait être obtenu par mélange des composants gazeux à la proportion attendue.
Selon l’équation suivante, l’incorporation d’un volume approprié d’oxygène au mélange gazeux à l'intérieur de la cavité du laser à dioxyde de carbone permet d’inhiber la décomposition de dioxyde de carbone.
CO2 θ CO + 1/202
On considère généralement que l'oxygène dans le mélange gazeux inhibe rionisation du gaz, ce qui rend plus difficile la production du rayonnement laser ou réduit la puissance de sortie du laser (B.A.Kozlov et V.I.Solovyov, Décomposition et régénération du mélange gazeux dans un laser à dioxyde de carbone à impulsion longitudinale, Recueil des articles de la réunion SPIE, Vol. 2713, 1995, 178 pages). (B.A.Kozlov, V.I.Solovyov. Décomposition and régénération of gas mixtures in CO2 longitudinal puise discharge lasers. Proceedings of SPIE Vol.2713, 1995, 178).
La méthode de détermination de la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone est la suivante :
(1) sélectionner un laser à dioxyde de carbone scellé de type à excitation à radiofréquences, à refroidissement à air de 55 W correspondant, et introduire les mélanges gazeux basés sur les différentes formules dans la cavité du laser. Avant le remplissage, chauffer la cavité du laser à 100 °C dans un four afin d’éliminer le gaz résiduel dans la cavité.
(2) faire fonctionner le laser en continu pendant 5 minutes, puis l’éteindre pendant 1 minute, et répéter ce cycle jusqu'à 5000 fois. Mesurer et enregistrer la puissance de sortie du laser tous les 1000 cycles. La mesure de la puissance peut être réalisée avec un wattmètre PM5 150. L’influence du composant du mélange gazeux sur la durée de vie du laser peut être exprimée via le pourcentage de la chute de puissance par mille-cycle. La durée de vie du laser est définie comme le nombre de cycle nécessaire pour que la chute de la puissance du laser atteigne 20%.
Certains résultats expérimentaux sont présentés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Influences de différents mélanges gazeux sur la puissance de sortie et la durée de vie du laser
| Formule | Teneur de gaz en % | Puissance de sortie initiale en W | Chute de puissance ( Pourcentage/millecycles ) | durée de vie prévue (Nombre de cycle) | |||||
| Azote | Dioxyde de carbone | Monoxyde de carbone | Oxygène | Xénon | Hélium | ||||
| Formule -1 | 12,0 | 12,0 | 0,0 | 0,0 | 6,0 | Qsp | 65,8 | 5,88 | 3401 |
| Formule -2 | 12,0 | 12,0 | 5,0 | 10,0 | 6,0 | Qsp | 0,0 | Absence de sortie de laser | 0 |
| Formule -3 | 12,0 | 12,0 | 5,0 | 2,0 | 5,0 | Qsp | 57,6 | 4,32 | 4630 |
| Formule -4 | 12,0 | 12,0 | 5,0 | 0,0 | 6,0 | Qsp | 63,2 | 5,38 | 3717 |
| Formule -5 | 16,0 | 16,0 | 7,0 | 1,0 | 7,5 | Qsp | 67,5 | 4,88 | 4098 |
Selon les données expérimentales du tableau 1, le laser ne peut pas démarrer et donc la puissance de sortie est nulle lorsque la teneur en oxygène est trop élevée (la proportion volumique est supérieure à 4%). La durée de vie du laser est améliorée de manière significative lorsque la teneur en oxygène est inférieure à 4% (en proportion volumique). En comparant avec un mélange gazeux standard exempt d'oxygène (Formule-1 dans Tableau 1), pour des lasers de même structure, en particulier dans des conditions de travail impliquant des démarrage-arrêt fréquents, la durée de vie du laser peut être prolongée de plus de 20% (comparaison entre Formule-1 et Formule- 3 dans le Tableau 1).
En comparant avec les techniques existantes, le mélange gazeux permettant de prolonger la durée de vie du laser à dioxyde de carbone selon la présente invention dispose des avantages suivants :
(1) le mélange gazeux selon la présente invention peut éviter la décomposition de CO2, et donc maintenir la stabilité des composants du CO2, ce qui permet d’assurer la stabilité de la puissance de sortie du laser à dioxyde de carbone.
(2) le mélange gazeux selon la présente invention permet d’améliorer de manière significative la durée de vie du laser à dioxyde de carbone, de plus de 20%.
(3) le mélange gazeux selon la présente invention est d’un faible coût, ce qui permet de réduire considérablement le coût du laser, et ce mélange permet en outre d’éviter les dommages optiques sur la surface du miroir qui peuvent être causés par les autres procédés de traitement de surface.
On va à présente décrire en détail le mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la présente invention, en utilisant des exemples.
DESCRIPTION DE PUSIEURS MODES DE RÉALISATION
Exemple 1
Un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
10% d'azote;
10% de dioxyde de carbone;
2% de monoxyde de carbone;
2% d'oxygène;
5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 2
Selon au autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un ίο laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
12% d'azote;
12% de dioxyde de carbone;
4% de monoxyde de carbone;
2% d'oxygène;
6% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 3
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
14% d'azote;
14% de dioxyde de carbone;
6% de monoxyde de carbone;
3% d'oxygène;
7% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 4
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions π
volumiques suivantes :
16% d'azote;
16% de dioxyde de carbone;
7% de monoxyde de carbone;
1% d'oxygène;
7,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 5
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
15% d'azote;
15% de dioxyde de carbone;
8% de monoxyde de carbone;
1,5% d'oxygène;
6,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 6
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
13% d'azote:
13% de dioxyde de carbone;
5% de monoxyde de carbone;
2,5% d'oxygène;
5,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 7
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
11% d'azote;
11% de dioxyde de carbone;
5,6% de monoxyde de carbone;
2,8% d'oxygène;
5,1% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 8
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
10% d'azote;
14% de dioxyde de carbone;
4,8% de monoxyde de carbone;
2,1% d'oxygène;
6,3% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 9
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
8% d'azote;
8% de dioxyde de carbone;
1% de monoxyde de carbone;
1% d'oxygène;
5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 10
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
8% d'azote;
16% de dioxyde de carbone;
8% de monoxyde de carbone;
3% d'oxygène;
7,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 11
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
13% d'azote;
13% de dioxyde de carbone;
5% de monoxyde de carbone;
3,2% d'oxygène;
5,5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple 12
Selon encore un autre exemple possible, un mélange gazeux visant à prolonger la durée de vie 15 d’un laser à dioxyde de carbone selon l’invention comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
12% d'azote;
12% de dioxyde de carbone;
5% de monoxyde de carbone;
2% d'oxygène;
5% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
On a réalisé les essais comparatifs suivants pour mieux décrire les avantages de la présente invention :
Exemple comparatif 1
Un mélange gazeux utilisé dans un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
12% d'azote;
12% de dioxyde de carbone;
5% de monoxyde de carbone;
10% d'oxygène;
6% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple comparatif 2
Un mélange gazeux utilisé dans un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
12% d'azote;
12% de dioxyde de carbone;
5% de monoxyde de carbone;
6% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple comparatif 3
Un mélange gazeux utilisé dans un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
4% d'azote;
4% de dioxyde de carbone;
0,5% de monoxyde de carbone;
3% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple comparatif 4
Un mélange gazeux utilisé dans un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
20% d'azote;
20% de dioxyde de carbone;
12% de monoxyde de carbone;
6% d'oxygène;
10% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple comparatif 5
Un mélange gazeux utilisé dans un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
4% d'azote;
20% de dioxyde de carbone;
12% de monoxyde de carbone;
0,2% d'oxygène;
10% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple comparatif 6
Un mélange gazeux utilisé dans un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du 5 dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
20% d'azote;
4% de dioxyde de carbone;
0,2% de monoxyde de carbone;
7% d'oxygène;
2% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
Exemple comparatif 7
Un mélange gazeux utilisé dans un laser à dioxyde de carbone comprend de l’azote, du 15 dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :
12% d'azote;
12% de dioxyde de carbone;
6% de Xénon;
et de l’hélium en qsp.
La méthode de détermination de la durée de vie du laser à dioxyde de carbone utilisée dans les exemples et les exemples comparatifs de la présente invention est la suivante :
(1) sélectionner un laser à dioxyde de carbone scellé de type à excitation à radiofréquences, à refroidissement à air de 55 W correspondant, et remplir la cavité du laser avec les mélanges gazeux basés sur les différentes formules. Avant le remplissage, chauffer la cavité du laser à 100 °C dans un four afin d’éliminer le gaz résiduel dans la cavité.
(2) faire fonctionner le laser en continu pendant 5 minutes, puis l’éteindre pendant 1 minute, et répéter ce cycle jusqu'à 5000 fois. Mesurer et enregistrer la puissance de sortie du laser tous les 1000 cycles. La mesure de la puissance peut être réalisée avec un wattmètre PM150. L’influence du composant du mélange gazeux sur la durée de vie du laser peut être exprimée via le pourcentage de la chute de puissance par mille-cycle. La durée de vie du laser est définie comme le nombre de cycle jusqu’à ce que la chute de puissance du laser atteigne 20%.
Les résultats expérimentaux finaux obtenus dans les exemples 1-12 et les exemples comparatifs 1-7 sont présentés dans le tableau suivant.
| Formule | Teneur de gaz en % | Durée de vie (Nombre de cycle) | |||||
| Azote | Dioxyde de carbone | Monoxyde de carbone | Oxygène | Xénon | ffélium | ||
| Exemple 1 | 10,0 | 10,0 | 2,0 | 2,0 | 5,0 | Qsp | 4149 |
| Exemple 2 | 12,0 | 12,0 | 4,0 | 2,0 | 6,0 | Qsp | 4808 |
| Exemple 3 | 14,0 | 14,0 | 6,0 | 3,0 | 7,0 | Qsp | 5025 |
| Exemple 4 | 16,0 | 16,0 | 7,0 | 1,0 | 7,5 | Qsp | 4098 |
| Exemple 5 | 15,0 | 15,0 | 8,0 | 1,5 | 6,5 | Qsp | 4184 |
| Exemple 6 | 13,0 | 13,0 | 5,0 | 2,5 | 5,5 | Qsp | 4819 |
| Exemple 7 | 11,0 | 11,0 | 5,6 | 2,8 | 5,1 | Qsp | 4566 |
| Exemple 8 | 10,0 | 14,0 | 4,8 | 2,1 | 6,3 | Qsp | 4193 |
| Exemple 9 | 8,0 | 8,0 | 1,0 | 1,0 | 5,0 | Qsp | 4121 |
| Exemple 10 | 8,0 | 16,0 | 8,0 | 3,0 | 7,5 | Qsp | 4536 |
| Exemple 11 | 13,0 | 13,0 | 5,0 | 3,2 | 5,5 | Qsp | 4890 |
| Exemple 12 | 12,0 | 12,0 | 5,0 | 2,0 | 5,0 | Qsp | 4630 |
| Exemple comparatif 1 | 12,0 | 12,0 | 5,0 | 10,0 | 6,0 | Qsp | 0 |
| Exemple comparatif 2 | 12,0 | 12,0 | 5,0 | 0,0 | 6,0 | Qsp | 3717 |
| Exemple comparatif 3 | 4,0 | 4,0 | 0,5 | 0,0 | 3,0 | Qsp | 1961 |
| Exemple comparatif 4 | 20,0 | 20,0 | 12,0 | 6,0 | 10,0 | Qsp | 0 |
| Exemple comparatif 5 | 4,0 | 20,0 | 12,0 | 0,2 | 10,0 | Qsp | 3135 |
| Exemple comparatif 6 | 20,0 | 4,0 | 0,2 | 7,0 | 2,0 | Qsp | 0 |
| Exemple comparatif 7 | 12,0 | 12,0 | 0 | 0 | 6,0 | Qsp | 3401 |
Les données expérimentales obtenues dans les exemples et les exemples comparatifs montrent que le laser ne peut pas démarrer, et donc la puissance de sortie est nulle, lorsque la teneur en oxygène est trop élevée (la proportion volumique est supérieure à 4%). La durée de vie du laser est améliorée de manière significative lorsque la teneur en oxygène est inférieure à 4% (en proportion volumique). En comparant avec un mélange gazeux standard exempt d'oxygène, pour les lasers de même structure, en particulier dans les conditions de travail impliquant des démarrage-arrêt fréquents, la durée de vie du laser peut être prolongée de plus de 20%.
Les exemples ci-dessus sont des exemples préférentiels donnés à titre indicatif, mais la présente invention ne se limite pas à ceux-ci. Tous modes de réalisation alternatifs et toutes variations qui respectent l’esprit et les principes de la présente invention doivent être inclus dans le cadre de la protection de la présente invention.
Claims (11)
- Revendications1. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :5-20% d’azote;5 à 20% de dioxyde de carbone;0-10% de monoxyde de carbone;0-4% d’oxygène;3-10% de Xénon;et de l’hélium en qsp.
- 2. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :8-16% d’azote;8-16% de dioxyde de carbone;1-8% de monoxyde de carbone;1-3% d’oxygène;5-7,5% de Xénon;et de l’hélium en qsp.
- 3. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :10% d’azote;10% de dioxyde de carbone;2% de monoxyde de carbone;2% d’oxygène;5% de Xénon;et de l’hélium en qsp.
- 4. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du
- 5 monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :12% d’azote;12% de dioxyde de carbone;4% de monoxyde de carbone;10 2% d’oxygène;
- 6% de Xénon;et de l’hélium en qsp.5. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du15 monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :14% d’azote;14% de dioxyde de carbone;6% de monoxyde de carbone;20 3% d’oxygène;
- 7% de Xénon;et de l’hélium en qsp.6. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du25 monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :16% d’azote;16% de dioxyde de carbone;7% de monoxyde de carbone;1% d’oxygène;7,5% de Xénon;et de l’hélium en qsp.5 7. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :15% d’azote;10 15% de dioxyde de carbone;
- 8% de monoxyde de carbone;1,5% d’oxygène;6,5% de Xénon;et de l’hélium en qsp.15 8. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :13% d’azote;20 13% de dioxyde de carbone;5% de monoxyde de carbone;2,5% d’oxygène;5,5% de Xénon;et de l’hélium en qsp.25
- 9. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :11% d’azote;11% de dioxyde de carbone;5,6% de monoxyde de carbone;2,8% d’oxygène;5,1% de Xénon;et de l’hélium en qsp.
- 10. Mélange gazeux pour prolonger la durée de vie d’un laser à dioxyde de carbone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de l’azote, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'oxygène, du xénon et de l'hélium selon les proportions volumiques suivantes :10% d’azote;
- 14% de dioxyde de carbone;4,8% de monoxyde de carbone;2,1% d’oxygène;6,3% de Xénon;et de l’hélium en qsp.
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