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Roland CAZES : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - ex-Directeur des Recherches. Société Sciaky
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Lire l’articleINTRODUCTION
Avec la puissance et la vitesse ou le temps, le format du faisceau au point de focalisation constitue le troisième paramètre d’une opération de soudage ou de coupage par laser.
Les caractéristiques d’un faisceau laser découlent directement des phénomènes électromagnétiques qui prennent place à l’intérieur du résonateur. Un développement mathématique de ces derniers, tenant compte de la diffraction, conduit aux expressions de la distribution du champ et de la densité de puissance, aux limites du résonateur, et de leur évolution lors de la propagation du faisceau, de sa focalisation ou d’un traitement particulier.
Ces expressions, à la base de toute démarche scientifique, sont compliquées. On les retrouvera dans les ouvrages spécialisés ou dans les articles rappelés ci-après que l’on consultera si besoin. Ce sont leurs conclusions, exprimées simplement et facilement compréhensibles, qui nous intéressent, pour en tirer les enseignements recherchés.
Dans les articles du traité Génie mécanique, relatifs aux procédés de soudage en général, la part réservée au soudage laser, associé de surcroît au soudage par faisceau d’électron (soudage FE) dans les procédés à haute énergie [BE 7 740], se trouve réduite à un descriptif quelque peu sommaire. Il en est de même de la place que les articles généraux et théoriques [A 1 095], [AF 3 270], [AF 3 271] réservent aux lasers de puissance. Ces différents articles, auxquels on ne manquera pas de se reporter, ne traitent que rapidement des notions relatives aux faisceaux proprement dits, qui sont cependant d’intérêt pratique certain. Le présent supplément vise à les compléter sur ce point, avec comme toile de fond la norme ISO 11146.
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4. Détermination du rayon normalisé d’un faisceau stable quelconque
Du fait de l’imprécision de sa frontière latérale, il est difficile de mesurer pratiquement le diamètre d’un faisceau en un point de sa propagation. Une simple empreinte dans un bloc plastique, ou mieux un analyseur de faisceau, fait en effet apparaître non seulement cette imprécision mais encore très souvent la non circularité de la section.
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La norme ISO 11146 étend à toute distribution la notion de rayon qui apparaît naturellement pour un faisceau gaussien, exprimée dans le paragraphe 2 sur la base suivante.
L’expression de la distribution normale (en cloche) d’une variable aléatoire s’écrit, selon Laplace-Gauss (cf. article spécifique), comme suit, et est à comparer avec une distribution gaussienne de la densité de puissance :
Dans cette expression : m (à ne pas confondre avec le mode) est le centre de la distribution ; σ est l’écart-type (ou racine carrée de la variance). Ce sont par ailleurs les moments d’ordre 1 et d’ordre 2 de cette distribution.
Ces définitions s’appliquent à la détermination du rayon (du diamètre) ou de la largeur d’un faisceau quelconque issu d’un résonateur stable quel que soit son mode. D’une façon générale, on définit et on calcule :
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le moment d’ordre 1, qui permet de trouver la position de l’axe du faisceau dans le repère d’espace ;
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le moment d’ordre 2, qui permet d’obtenir son rayon (et par suite son diamètre ou sa largeur) par rapport à cet axe.
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Étant donné un faisceau dont on ignore, dans...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOGELNIK (H.), LI (T.) - Laser beam and resonators. - Applied Optics. oct. 1966.
-
(2) - FOX (A.C.), LI (T.) - Resonant modes in a maser interferometer. - BSTJ. 1961.
-
(3) - FREIBERG (M. J.), HALSTED (A.S.) - Properties of low Order Transverse Modes in Argon Ion Lasers. - Applied Optics. fev. 1969.
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(4) - ISO 11146 - Lasers et équipements associés aux lasers. Méthodes d’essai des paramètres des faisceaux laser. Largeurs du faisceau, angle de divergence et facteur de propagation du faisceau - (1999-06-01).
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(6) - * - Le lecteur se reportera utilement aux articles de la rubrique « Soudage » et notamment à :
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