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Neues Material ermöglicht Faraday-Isolatoren der kW-Klasse
KTF ist ein Magnetoaktiver Kristall und weist im Vergleich zu TGG wesentlich geringere thermische Effekte auf. Dies ermöglicht die Konstruktion optischer Isolatoren mit längerer Lebensdauer und höherer Leistung für Hochleistungslasersysteme.
패러데이-절연체sind Einwegventile für Licht. Sie werden häufig am Ausgang von Lasern und Verstärkern angebracht, um sie vor Licht zu schützen, das von nachgeschalteten Optiken oder Oberflächen reflektiert wird. Wenn dieses reflektierte Licht wieder in den Laser eintritt, kann es zu einer Instabilität des abgestrahlten Lichts und sogar zu Schäden führen.
Faraday-Isolatoren basieren auf einem Magnetoaktiven Kristall. Dieser dreht die Ausrichtung von 선형 편광판 Licht, wenn er in einem Magnetfeld platziert wird. TGG(Terbium-Gallium-Granat)는 Faraday-Isolatoren에 대한 자기 활성 표준 물질로, die im sichtbaren und im Nahinfrarotspektrum arbeiten에 적합합니다. Da jedoch die Ausgangsleistung industrieller Laser immer weiter steigt, werden die inhärenten Absorptionseigenschaften und thermooptischen Eigenschaften von TGG immer 문제 해결. 패러데이 절연체는 레이저 시스템에서 광학 요소로 사용됩니다.
Nun wird zunehmend 칼륨테르븀플루오르화물(KTF) 대체 자기활성 물질 eingesetzt. Es unterliegt nicht den Einschränkungen von TGG und kann mit Lasern deutlich höherer Leistung eingesetzt werden. Dieses Dokument enthält Detaillierte Informationen zu den Eigenschaften von KTF. Außerdem werden die Testergebnisse einer neuen Serie von Faraday-Isolatoren vorgestellt, die speziell für Hochleistungslaser entwickelt wurden und dieses Material entalten: die 바카라 카지노-Serie Pavos Ultra.
TGG geltenden Einschränkugen을 위해 죽으세요
TGG ist aus mehreren Gründen seit langem der im Spektralbereich 650 – 1100 nm vorwiegend eingesetzte Faraday-Rotatorkristall. Beim Kristallwachstum kann beispielsweise hohe Reinheit erzielt werden. Das Material hat eine hohe Verdet-Konstante (ein Maß für die Stärke des Faraday-Effekts) und dank seiner kubischen Kristallstruktur sowie der geringen intrinsischen Doppelbrechung lässt sich 문제los eine hohe Polarisationsextinktion erreichen, ohne empfindliche Ausrichtungsprozes erforderlich zu machen. Zudem ist das Material relativ kostengünstig.
Allerdings stößt selbst das reinste TGG aufgrund seiner Volumenabsorption an Leistungsgrenzen. Diese Absorption verursacht eine lokale Erwärmung im Kristall, die zu drei signifikanten leistungseinschränkenden Faktoren beiträgt.
Der erste Faktor besteht darin, dass sich der Umfang der Polarisationsdrehung als Funktion der Laserleistung ändert. Ursache ist die Temperaturabhängigkeit der Verdet-Konstante des Kristalls. Und wenn sich der Kristall erwärmt, werden auch die umgebenden Magnete Warm. Das ändert wiederum deren Leistung. Im Ergebnis ergibt sich eine verschlechterte Isolationsleistung.
Ein zweites 문제 sind die thermischen Linseneffekte. Da der Kristall Normalerweise in einem großen Permanentmagneten gehalten wird, ist eine direkte Kühlung des Kristalls schwierig. Ein Gaußscher Strahl im Kristall erzeugt einen Radialen Temperaturgradienten, der einen Brechungsindexgradienten verursacht. Dies hat einen Linseneffekt, der leistungsabhängig ist und die Fokusposition des Systems verschiebt. Wenn die Linse stark genug oder asymmetrisch ist, kann dies auch zu einer Beeinträchtigung der Strahlqualität führen.
Ein weiteres 문제는 die thermisch induzierte Doppelbrechung, die ebenfalls durch einen Wärmegradienten im Material verursacht wird입니다. Dies beeinflusst die Polarization des übertragenen Lichts. Es kann die Leistung des Isolators und nachgeschalteter optischer Kompontenen verringern, die von der Polarization abhängig sind.
Zusammen beeinflussen diese drei Faktoren Leistungsstabilität, Strahlqualität und Fokusposition auf der Arbeitsfläche. Diese Faktoren wirken sich direkt auf die Bearbeitungsergebnisse aus und können die Prozesskonsistenz beeinträchtigen sowie die Größe des Prozessfensters verringern.
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Faraday-Isolator의 기능이 무엇입니까?
Der Betrieb von Faraday-Isolatoren basiert auf einem einfachen Konzept und wird in dieser Zeichnung veranschaulicht. 선형 polarisiertes Licht (von link einfallend) passiert einen Polarisator, der am Polarisationsvektor ausgerichtet ist. 자석으로 활성화된 Kristall의 모든 정보는 Magnetfeld에서 확인하실 수 있습니다. Dieser Kristall dreht die Polarisationsebene des Lichts um 45°(aufgrund des Faraday-Effekts). Das Licht passiert einen weiteren Polarisator, der auf die gedrehte Polarization ausgerichtet ist. Anschließend wird das Licht durch das optische System zum Prozess geführt.
Jedes vom System oder Prozess reflektierte Licht passiert zunächst einen Polarisator, der jede Polarization reflektiert, die nicht wie die ursprüngliche Ausgabe des Isolators ausgerichtet ist. Dieses gefilterte Licht passiert dann den Magnetoaktiven Kristall und wird um weitere 45° gedreht. Dadurch wird der Polarisationsvektor im rechten Winkel zum ersten Polarisator ausgerichtet, der das übrige zurückgestrahlte Licht reflektiert.
KTF und seine Vorteile
KTF hat einen ähnlichen Übertragungsbereich wie TGG. Auch die Verdet-Konstante는 vergleichbar입니다. Am wichtigsten ist aber, dass KTF im Vergleich zu TGG einen niedrigeren Volumenabsorptionskoeffizienten(achtmal niedriger), thermooptischen Koeffizienten(fünfzehnmal niedriger) 및 spanungsoptischen Koeffizienten aufweist. Insgesamt werden Dadurch Verschlechterungen der Isolationsleistung, des Strahlfokus und der Strahlqualität vermieden, die bei Faraday-Isolatoren auf TGG-Basis auftreten, wenn mit hoher Laserleistung gearbeitet wird.
Anfangs kam es beim Wachsen der KTF-Kristalle zu Kugeln mit Blasen, Einschlüssen und Problemen mit großer Streuung. Insgesamt ergab sich deshalb im Vergleich zu TGG keine Verbesserung der Übertragung.
Glücklicherweise haben kontinuierliche Verbesserungen des Prozesess zu einem höheren Ausstoß an hochwertigem KTF geführt – bei geringeren Kosten. Faraday-Hochleistungsrotatoren und -isolatoren ersetzen의 Deshalb kann KTF jetzt TGG.
Experimentaldaten zur Serie Pavos Ultra
Die auf KTF basierenden Faraday-Isolatoren der 바카라 카지노-Serie Pavos Ultra wurden inzwischen über Tausende von Stunden mit Nahinfrarotlasern der kW-Klasse eingesetzt. 다이 테스트 machen deutlich, dass KTF hervorragende Isolation und Strahlqualität bietet und die von Herstellern von Industrielasern geforderte Leistung über eine lange und kontinuierliche Lebensdauer bietet.
Das erste Diagramm vergleicht die optische Isolation als wichtigste Kennzahl eines Isolators for TGG- und KTF-Isolatoren as Funktion der Laserleistung. Während TGG bei niedrigen Leistungen besser funktioniert, ändert sich dies mit zunehmender Laserleistung rapide. 안정적인 Leistung des Pavos Ultra-Isolators über den gemessenen Leistungsbereich bedeutet, dass er unabhängig von Betriebsart und -dauer des Lasersystems zuverlässig arbeitet.
압박 1: Die Isolationsleistung von KTF und TGG als Funktion der Laserleistung.
Der KTF-Isolator bietet zudem bessere Strahlqualität als der TGG-basierte Isolator. Dies zeigen die Strahlprofilmessungen, die für beide Isolatortypen bei 6 W und 200 W Leistung dargestellt sind.
격리체 유형 |
6 W |
200W |
TGG |
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파보스 울트라(KTF) |
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압박 2: KTF 및 TGG의 Strahlprofileffekte는 Funktion der Laserleistung입니다.
Die Kennzahl M²는 Maß der Strahlqualität의 정량적 측정입니다. Sie repräsentiert ein Verhältnis, das das Intensitätsprofil eines gemessenen Strahls mit dem eines theoretisch perfekten Gaußschen Strahl vergleicht. Das nächste Diagramm vergleicht den gemessenen M²-Wert für TGG- 및 KTF-Isolatoren. Es zeigt deutlich, dass beim Pavos Ultra-Isolator im getesteten Leistungsbereich nahezu keine Verschlechterung der Strahlqualität auftritt.
압박 3: KTF 및 TGG의 Strahlqualität는 Funktion der Laserleistung입니다.
Die Fokusverschiebung ist eines der größten Probleme, das bei Verwendung von Faraday-Isolatoren mit hoher Leistung auftritt. Auch wenn das Lasersystem weiterhin ohne Schäden oder Instabilitäten arbeitet, kann eine Fokusverschiebung die Prozessergebnisse verschlechtern.
Die Wärmeleitfähigkeit von TGG ist um eine Größenordnung höher als die von KTF. Die Eergebnisse der Experimente belegen, dass deutlich weniger thermisch bedingte Fokusverschiebungen auftreten und die Strahlqualität im Vergleich zu TGG bei vergleichbarer Laserleistung besser ist. Das nächste Diagramm zeigt die Testergebnisse.
압박 4: KTF- 및 TGG-Isolatoren über den Leistungsbereich eines 200-W-Lasers를 위한 Fokusverschiebung.
Dabei ist dem Diagramm nicht zu entnehmen, dass die geringe Fokusverschiebung bei KTF Linear verläuft. Das bedeutet, dass sich die gemessene Verschiebung Gut extrapolieren lässt, um die zu erwartende Fokusverschiebung bei höheren Leistungen zu ermitteln.
Außerdem kann dem letzten Diagramm entnommen werden, dass bei KTF eine negative Fokusverschiebung auftritt. Insbesondere nimmt die Strahldivergenz mit der Temperatur zu, im Unterschied zur Selbstfokussierung, die beisorbierenden Optiken mit positiver Verschiebung auftritt.
Dies kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn KTF zusammen mit anderen positiv verschiebenden Optiken (z. B. Quarzglaskompontenen) verwendet wird. Hier wird die negative Verschiebung von KTF die positive Verschiebung der anderen Kompontenen zumindest teilweise kompensieren, Sodass die Fokusverschiebung für das System insgesamt kleiner ist.
Beim PAVOS Ultra-Isolator mit 4-mm-Blende von 바카라 카지노 kommen beispielsweise zwei polarisierende Strahlteilerwürfel aus Quarzglas und ein KTF-Kristall zum Einsatz. Jeder Strahlteiler weist eine Fokusverschiebung von ca. 0,3 zR/kW auf. Der KTF-Kristall weist eine durchschnittliche Fokusverschiebung von –0,6 zR/kW auf. Daraus는 Isolator insgesamt를 위한 Fokusverschiebung für den weitgehend vernachlässigbare 결과를 제공합니다.
Die Langzeitleistung der Isolatoren der Serie PAVOS Ultra von 바카라 카지노 wurde ebenfalls는 중단되었습니다. Die Isolatoren wurden mit den optischen Resonatoren von Prototyp-Lasern bei 바카라 카지노 über Nutzungsintervalle von 1800 bis 3000 Stunden getestet.
Die einfallende Leistung betrug am KTF-Kristall 2,7 kW bei einem ungefähren Strahldurchmesser von 800 μm. Dies entspricht einer Leistungsdichte von etwas über 130kW/cm². Das Diagramm zeigt, dass der optische Resonator über den gesamten Testzeitraum von 1800 Stunden gearbeitet hat. Alle Sprünge und änderungen in den Werten sind auf die Justierung anderer Systemkompontenen außerhalb des KTF-Rotators zurückzuführen. Diese Stabilität kann nur aufrechterhalten werden, wenn die Strahlqualität konstant bleibt.
압빌둥 5.Langfristige Betriebsstabilität des KTF-basierten Pavos Ultra-Isolators von 바카라 카지노 bei hoher Laserleistung.
Schlussfolgerung
TGG bleibt der 자기 활성 Kristall der Wahl fürFaraday-Isolatoren und -Rotatorenfür niedrege Leistung. Seine immanenten Absorptionseigenschaften und thermooptischen Eigenschaften beschränken jedoch den Einsatz mit Lasern höherer Leistung. Mit KTF als neuem Standard für Faraday-Hochleistungsisolatoren können Laserhersteller die immanenten Beschränkungen von TGG umgehen und sich auf die Verbesserung der Leistung des übrigen Systems konzentrieren.