Article de référence | Réf : BM7742 v1

Facteur qualité M 2
Soudage laser. Faisceaux lasers de puissance

Auteur(s) : Roland CAZES

Date de publication : 10 oct. 2001

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  • Roland CAZES : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - ex-Directeur des Recherches. Société Sciaky

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INTRODUCTION

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7742


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3. Facteur qualité M 2

Les profils des faisceaux des lasers de puissance, que l’on rencontre dans la pratique, ne traduisent pas la pureté des équations précédentes. Le milieu actif à haute température accroît les effets de la diffraction de façon non homogène et on pense, en outre que, à l’intérieur du mode prépondérant des modes inférieurs peuvent se développer. On ne peut alors appliquer à ces faisceaux les définitions obtenues pour les faisceaux gaussiens.

  • En 1963, les américains Freiberg et Halsted faisaient paraître une étude intéressante sur les faisceaux multimodes. Au moyen d’une même cavité susceptible d’émettre par simple modification des faisceaux de différents modes, ils ont mesuré qu’un faisceau quelconque donné avait un diamètre au col « M » fois plus grand que celui du faisceau fondamental (00) correspondant et que sa divergence était également « M » fois plus grande (à ne pas confondre avec la magnitude d’un faisceau instable ; ce sont malheureusement les notations de la littérature).

Appelant la divergence et d le diamètre d’un faisceau, étant la longueur d’onde de l’émission, on a :

et

...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (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.

  • (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).

  • (5) -   *  - 

  • (6) -   *  -  Le lecteur se reportera utilement aux articles de la rubrique « Soudage » et notamment à :

  • ...

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