FR2633726A1 - HIGH SURFACE HIGH ENERGY LASER MIRROR AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A MIRROR - Google Patents
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Abstract
Miroir à laser à haute énergie 11 de grande surface, en particulier miroir poli semi-conducteur avec un groupage sans lacune en genre de mosaque sur une construction support 12 de segments en pastilles 16 soudés ensemble avec un joint bord à bord, qui sont des pastilles de silicium découpées, usuelles dans le commerce, dans la technologie des semi-conducteurs avec une structure porteuse 12 en matière plastique composite renforcé de fibre de verre, comprenant une plaque support 15 et des nervures de raidissement 14 sur la face de plaque support opposée à la plaque de miroir 13.High-energy laser mirror 11 of large surface area, in particular polished semiconductor mirror with a gap-free grouping in the form of a mosaic on a support construction 12 of segments of pellets 16 welded together with an edge-to-edge joint, which are pellets of cut silicon, customary in the trade, in semiconductor technology with a support structure 12 of composite plastic material reinforced with glass fiber, comprising a support plate 15 and stiffening ribs 14 on the face of support plate opposite to the mirror plate 13.
Description
Miroir b laser b haute énergie de grande surface et procédé de fabricationLarge area b high energy laser b mirror and manufacturing process
d'un tel miroir L'invention concerne un 'miroir à laser à haute énergie, de grande surface, en particulier miroir poli semi- conducteur, et son procédé de fabrication On sait fabriquer des miroirs de grande surface (voir GB-A 21 70 323, revendication 9), destinés à dévier des rayons laser à haute énergie, en laminant un métal présentant de bonnes propriétés de réflexion au laser, comme le cuivre ou l'aluminum, ou un alliage métallique à propriétés correspondantes de réflexion, pour obtenir une feuille aussi mince que possible, qui est ensuite déroulée sur une structure porteuse présentant une surface support, plane dans le cas d'un miroir plan, et collée. On effectue un polissage consécutif pour assurer la qualité de surface The invention relates to a high-energy, large-area laser mirror, in particular a semiconductor polished mirror, and its method of manufacture. It is known to manufacture large-surface mirrors (see GB-A 21 70 323, claim 9), intended to deflect high-energy laser rays, by rolling a metal having good laser reflection properties, such as copper or aluminum, or a metal alloy with corresponding reflection properties, to obtain a sheet as thin as possible, which is then unrolled on a supporting structure having a support surface, flat in the case of a flat mirror, and glued. Consecutive polishing is carried out to ensure surface quality
nécessaire de la surface de miroir active. necessary from the active mirror surface.
Les plaques minces en beryllium et en particulier en silicium se sont avérées très favorables pour 'ce qui concerne une réflexion élevée, donc pour une faible absorption résiduelle, avec des propriétés extrêmement favorables du point de vue de la stabilité mécanique. Il y a un avantage économique particulier à ce que les minces plaques en silicium à propriétés optiques et mécaniques extrêmement bonnes soient disponibles dans une gamme d'épaisseur très large, sous forme de ce que l'on appelle les pastilles pour la Thin wafers made of beryllium and in particular silicon have proved to be very favorable with regard to high reflection, therefore for low residual absorption, with extremely favorable properties from the point of view of mechanical stability. There is a particular economic advantage that the thin silicon wafers with extremely good optical and mechanical properties are available in a very wide thickness range, in the form of so-called pellets for the
fabrication industrielle à grande échelle de semi- large-scale industrial manufacturing of semi
conducteurs, et soient ainsi d'un coût intéressant. En tous cas, le diamètre de ces tranches est limité, du fait qu'il s'agit de sections transversales de cultures conductors, and thus be of attractive cost. In any case, the diameter of these slices is limited, because they are cross sections of crops
monocristallines.monocrystalline.
On ne peut pas réaliser le procédé mentionné ci- The above mentioned process cannot be carried out
dessus de fabrication de miroirs à partir de feuilles minces obtenues par laminage si des surfaces de miroir sont nécessaires pour la technique au laser à haute énergie, dont le diamètre est plus grand (en pratique même, plus grand de la valeur de plusieurs ordres de grandeurs) que celui 'des pastilles (de silicium) les plus grands disponibles; ceci parce que ces matériaux semi-conducteurs optimaux pour la technique à laser à top for manufacturing mirrors from thin sheets obtained by rolling if mirror surfaces are necessary for the high energy laser technique, the diameter of which is larger (in practice even, greater by the value of several orders of magnitude ) that of the largest (silicon) pellets available; this is because these optimal semiconductor materials for the laser technology at
haute énergie ne peuvent pas être laminés en feuilles. high energy cannot be rolled into sheets.
C'est pourquoi la fabrication de miroirs pour application laser à haute énergie est limitée à des métaux laminables en feuilles, ou toutefois aux plaques à semi-conducteur (pastilles de silicium) de diamètre comparativement faible qui sont disponibles industriellement. Connaissant ces faits, l'invention a pour but d'indiquer la structure d'un miroir laser à haute énergie, ou un procédé pour réaliser sa fabrication, surmontant les limites prédéterminées pour se qui concerne les matériaux, permettant également de fabriquer des miroirs laser à semi-conducteur de This is why the manufacture of mirrors for high energy laser application is limited to laminable metals in sheets, or however to semiconductor wafers (silicon wafers) of comparatively small diameter which are available industrially. Knowing these facts, the invention aims to indicate the structure of a high energy laser mirror, or a method for carrying out its manufacture, overcoming the predetermined limits as regards materials, also making it possible to manufacture laser mirrors semiconductor
surface extrêmement grande.extremely large surface.
Ce problème est résolu, selon l'invention, en ce que le miroir est construit avec un groupage sans lacune en genre de mosaïque sur une structure porteuse de segments en pastilles, soudés ensemble avec un Joint bord à bord et qui est construit de façon que les segments semiconducteurs découpés sans lacune en genre de mosaïque soient soudés ensemble le long de leurs This problem is solved, according to the invention, in that the mirror is constructed with a flawless grouping in the form of a mosaic on a structure carrying segments in pellets, welded together with an edge-to-edge joint and which is constructed so that the semiconductor segments cut without gaps in the type of mosaic are soldered together along their
joints placés bord à bord.joints placed edge to edge.
Cette solution selon l'invention repose sur la connaissance du fait qu'avec les procédés de soudage modernes, tels qu'on les connaIt comme procédé de soudage à rayon laser ou à rayon électronique, il est tout-afait possible de souder ensemble également des éléments de construction à semi-conducteur, comme le beryllium ou le silicium, bord-A-bord, pour former une plaque présentant des propriétés matière suffisamment homogène avec continuité et ainsi également des peopriétés réfléchissantes, ceci en agissant à proximité immédiate des deux côtés des Joints étroits This solution according to the invention is based on the knowledge that with modern welding processes, as we know them as a laser beam or electron beam welding process, it is also possible to weld together semiconductor building elements, such as beryllium or silicon, edge-to-edge, to form a plate having sufficiently homogeneous material properties with continuity and thus also reflective properties, this acting in immediate proximity on both sides of the Narrow joints
existant entre les deux segments de plaques contiguës. existing between the two contiguous plate segments.
Les paires de segments limitrophes sont de ce fait reliés ensemble dans la totalité de leur profondeur qui est importante pour la technique de soudage (donc l'épaisseur du matériau), de façon que, d'un point de vue physique, pour le rayon laser à haute énergie qui est incident sur la surface de miroir et réfléchie par celle-ci, la mosaïque se composant des segments assemblés sans lacune représente une surface de miroir continue. Il est ainsi possible de créer des miroirs laser ayant pratiquement toute dimension souhaitée, ainsi que cela n'était réalisable auparavant qu'uniquement à partir de métaux ou d'alliages métalliques laminés, O10 ceci à partir de tranches de semi-conducteurs disponibles en grande quantité pour un prix intéressant The pairs of bordering segments are therefore connected together in their entire depth which is important for the welding technique (therefore the thickness of the material), so that, from a physical point of view, for the laser beam with high energy which is incident on the mirror surface and reflected by it, the mosaic consisting of the assembled segments without gaps represents a continuous mirror surface. It is thus possible to create laser mirrors having practically any desired dimension, as was previously possible only from metals or rolled metal alloys, O10 this from semiconductor wafers available in large quantity for an attractive price
dans l'industrie des semi-conducteurs. in the semiconductor industry.
Certes, on sait déJa en principe grouper des miroirs laser à haute énergie à partir de segments voisins entre eux, sans lacune; voir Laser- Focus, volume 17, (1981 N 9, Page 56, figure 5). Pour ce qui concerne les segments individuels, il s'agit toutefois de surfaces partielles de miroir qui ne sont pas reliées ensemble, disposables les unes contre les autres perpendiculairement à la surface, pour obtenir une surface de miroir résultant non plane; ainsi que nécessaire, pour compenser par l'intermédiaire de la géométrie du miroir certaines perturbations de propagation atmosphérique de rayon laser à haute énergie. La. constitution d'un miroir laser à haute énergie de grande surface, à partir d'un tel groupage de corps de miroirs individuels plus petits disposés en genre de mosaïque ou de surface partielles de miroir n'est pas possible, du fait qu'on demande à un miroir laser de grande surface une surface réfléchissante continue, en particulier continu et plane. Cette exigence conditionne pour la surface réfléchissante une surface polie ininterrompue, toutefois, pour des raisons touchant à la technique d'usinage, un groupe de surfaces partielles de miroir individuelles, appliquées bord à bord les unes à côté des autres n'est pas polissable et n'est ainsi pas approprié à la construction d'une surface de miroir fermée présentant Admittedly, we already know in principle how to group high-energy laser mirrors from neighboring segments without gaps; see Laser-Focus, volume 17, (1981 N 9, Page 56, figure 5). With regard to the individual segments, however, these are partial mirror surfaces which are not connected together, arranged one against the other perpendicular to the surface, to obtain a resulting non-planar mirror surface; as necessary, to compensate through the geometry of the mirror for certain atmospheric propagation disturbances of high energy laser beam. It is not possible to form a large-area, high-energy laser mirror from such a grouping of bodies of smaller individual mirrors arranged in a kind of mosaic or partial mirror surface, since a large surface laser mirror is asked for a continuous reflecting surface, in particular continuous and planar. This requirement conditions for the reflecting surface an uninterrupted polished surface, however, for reasons relating to the machining technique, a group of individual partial mirror surfaces, applied edge to edge next to each other is not polishable and is therefore not suitable for the construction of a closed mirror surface having
des propriétés de surface continues. continuous surface properties.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont des pastilles de silicium découpées, usuelles dans le commerce, dans la technologie des semi-conducteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont des plaques de beryllium minces. Selon une autre caractéristique de l'invention, une structure porteuse en matière plastique composite renforcée de fibre de verre, comprenant une plaque support et des nervures de raidissement sur leur face According to another characteristic of the invention, the segments are cut silicon wafers, customary in the trade, in semiconductor technology. According to another characteristic of the invention, the segments are thin beryllium plates. According to another characteristic of the invention, a support structure of composite plastic material reinforced with glass fiber, comprising a support plate and stiffening ribs on their face.
de plaque support opposée à la plaque de miroir. of support plate opposite to the mirror plate.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les Joints soudés ensemble des segments de miroir se développent sur des renfoncements situés dans la According to another characteristic of the invention, the joints welded together with mirror segments develop on recesses located in the
surface support d'une plaque support. support surface of a support plate.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont reliés ensemble par l'épaisseur de According to another characteristic of the invention, the segments are connected together by the thickness of
leur matière au cours du soudage au laser. their material during laser welding.
Selon une' autre caractéristique de l'invention, les segments sont reliés ensemble par l'épaisseur de leur matière au cours du soudage par rayon électronique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont reliés ensemble le long: de leurs joints au-dessus de renfoncements dans une plaque According to another characteristic of the invention, the segments are linked together by the thickness of their material during welding by electronic beam. According to another characteristic of the invention, the segments are connected together along: their joints above recesses in a plate
support destinée aux segments.support for segments.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface de miroir du miroir obtenu à partir de segments soudés ensemble est d'abord retouchée par enlèvement mécanique de matière, au moins dans la zone d'un bourrelet du cordon de soudure faisant saillie, la According to another characteristic of the invention, the mirror surface of the mirror obtained from segments welded together is first touched up by mechanical removal of material, at least in the region of a bead of the weld bead protruding, the
surface de miroir étant ensuite polie. mirror surface then being polished.
Diverses autres caractéristiques et avantages du Various other features and benefits of
dispositif de l'invention ressortent de la description device of the invention emerge from the description
détaillée qui suit. Un mode de réalisation préféré de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif au dessin annexé, sans échelle, dont la figure unique représente en section éclatée un miroir pour rayonnement laser à haute énergie composé par soudage de plusieurs segments en tranches et retouché detailed below. A preferred embodiment of the invention is shown by way of non-limiting example in the appended drawing, without scale, the single figure of which shows in exploded section a mirror for high energy laser radiation composed by welding of several sliced segments and touched up
mécaniquement sur la surface réfléchissante. mechanically on the reflecting surface.
Le miroir laser Il représenté se compose d'une structure 12 aussi légère que possible, tout en étant The laser mirror Il shown consists of a structure 12 that is as light as possible, while being
mécaniquement stable, pour une plaque de miroir 13. mechanically stable, for a mirror plate 13.
-Dans le cas de réalisation représentée, la stucture porteuse 12 présente une plaque support 15 en métal léger ou en matière plastique composite renforcée par fibres de verre, raidie mécaniquement au moyen de -In the case of embodiment shown, the supporting structure 12 has a support plate 15 of light metal or of plastic composite material reinforced with glass fibers, mechanically stiffened by means of
nervures 14.ribs 14.
Les segments individuels 16 sont disposes sur la plaque support 15, par exemple fixés par collage, à savoir places frontalement les uns contre les autres, avec un joint.bord à bord, sans lacune. Les segments individuels 16 peuvent présenter des formes quadratiques, triangulaires, ou de préférence hexagonales en forme de nids d'abeille, pour pouvoir par exemple être groupées avec un déchet aussi limité que possible à partir des plaques rondes des pastilles de silicium usuelles dans le commerce, de façon que les segments 16 puissent être groupés en genre de mosaïque, The individual segments 16 are arranged on the support plate 15, for example fixed by gluing, namely places frontally against each other, with a joint.bord to edge, without gaps. The individual segments 16 can have quadratic, triangular or preferably hexagonal shapes in the form of honeycombs, so that they can, for example, be grouped with as little waste as possible from the round plates of the usual silicon pellets on the market. , so that the segments 16 can be grouped into a kind of mosaic,
pour former une plaque de miroir 13 sans lacune. to form a mirror plate 13 without gap.
Les segments 16 voisin& les uns des autres sont soudés ensemble le long de leurs joints 17, autant que possible sur la totalité de l'épaisseur de matériau du segment 18, pour former une plaque 13 ininterrompue ainsi qu'illustré symboliquement dans la représentation du dessin de section transversale, par les cordons de soudure 19 en forme de V. L'exécution de ces liaisons soudées peut s'effectuer au moyen d'installations de soudage au laser à haute énergie. La géométrie de section transversale du cordon de soudure 19 peut être influencée par le gaz de protection utilisé; ainsi, l'argon conduit à un cordon 19 plat et large, l'hélium à cordon étroit et profond. Du point de vue physique, l'utilisation d'un procédé de soudage à rayon d'électron à haute énergie est plus avantageuse, bien que plus coûteuse en appareils, parce que celle-ci est exécutée sous vide et qu'aucune vapeur ne peut apparaître au voisinage des cordons de soudure 19, qui pourrait conduire à des réaction chimiques avec les matériaux voisins des segments des plaques de miroir 16 The neighboring segments 16 and from each other are welded together along their joints 17, as far as possible over the entire thickness of material of the segment 18, to form an uninterrupted plate 13 as illustrated symbolically in the representation of the drawing of cross section, by the weld beads 19 in the form of V. The execution of these welded connections can be carried out by means of high energy laser welding installations. The cross-sectional geometry of the weld bead 19 can be influenced by the shielding gas used; thus, argon leads to a flat and wide cord 19, helium to a narrow and deep cord. From a physical point of view, the use of a high energy electron beam welding process is more advantageous, although more expensive in apparatus, because it is carried out under vacuum and that no vapor can appear in the vicinity of the weld beads 19, which could lead to chemical reactions with the neighboring materials of the segments of the mirror plates 16
et/ou de la structure 12.and / or the structure 12.
Le bourrelet de cordon de soudure 21 en saillie sur la surface de miroir 20 ultérieure, apparaissant selon les circonstances lors du soudage des joints 17 est éliminé par un usinage de retouche à enlèvement de copeaux de la plaque de miroir 13, la surface de miroir recevant ensuite sa qualité mécanique finale par The bead of weld bead 21 projecting from the subsequent mirror surface 20, which appears depending on the circumstances when the seals 17 are welded, is eliminated by touch-up machining to remove chips from the mirror plate 13, the mirror surface receiving then its final mechanical quality by
rodage et polissage.lapping and polishing.
O10 On a pris en considération sur le dessin qu'il peut être approprié de prévoir des renfoncements 23 en forme de rainure ou de canal dans la surface support 22 de la plaque support 15, pour que les Joints 17 et par conséquent s'y développent après montage des segments de miroir 16 et par conséquent ultérieurement les cordons de soudure 19. Un éventuel bourrelet arrière de cordon de soudure peut de ce fait ne pas conduire à un gauchissement de la plaque de miroir 13, et on évite même de manière sûre les réaction chimiques entre le matériau de la plaque support 15 et chaque cordon de soudure 19, parce que ce cordon ne se termine pas vers le dessous directement sur le matériau de la struture porteuse 12. Ces renfoncements 23 (et, le cas échéant d'autres canaux correspondants situés dans la surface support 22, directement sous la plaque de miroir 13) peuvent servir ensuite également de canaux d'écoulement pour un fluide de refroidissement, qui évacue les pertes thermiques reposant sur ' inévitable absorption de rayonnement, lors de l'irradiation du miroir 11 par un rayonnement laser à haute énergie, pour éviter les perturbations du fonctionnement venant de déformations O10 It has been taken into consideration in the drawing that it may be appropriate to provide recesses 23 in the form of a groove or channel in the support surface 22 of the support plate 15, so that the seals 17 and therefore develop there. after assembly of the mirror segments 16 and consequently subsequently the weld beads 19. A possible rear bead of weld bead may therefore not lead to warping of the mirror plate 13, and even the chemical reaction between the material of the support plate 15 and each weld bead 19, because this bead does not terminate downwards directly on the material of the supporting structure 12. These recesses 23 (and, where appropriate other corresponding channels located in the support surface 22, directly under the mirror plate 13) can then also serve as flow channels for a cooling fluid, which evacuates the losses t hermetic based on the inevitable absorption of radiation, during the irradiation of the mirror 11 by high energy laser radiation, to avoid disturbances of the operation coming from deformations
thermiques du miroir laser 11.thermal effects of the laser mirror 11.
En principe il peut également être prévu de monter ensuite le miroir laser Il assemblé par soudage à partir des segments individuels 16 sur la construction support 12, par exemple pour l'usinage In principle it can also be provided to then mount the laser mirror II assembled by welding from the individual segments 16 on the support construction 12, for example for machining
final de polissage de la surface de miroir 20. final polishing of the mirror surface 20.
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- 1988-03-24 DE DE19883809921 patent/DE3809921A1/en active Granted
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1989
- 1989-03-17 FR FR8903514A patent/FR2633726A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3809921C2 (en) | 1990-01-04 |
| DE3809921A1 (en) | 1989-10-12 |
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