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신소재로 kW급 패러데이 절연체 구현
KTF는 TGG에 비해 열 효과가 크게 감소된 자기 활성 크리스탈입니다. 이를 통해 고출력 레이저 시스템에서 더 나은 수명과 성능을 갖춘 광학 아이솔레이터가 가능해졌습니다.
패러데이 아이솔레이터빛의 일방향 밸브입니다. 이는 다운스트림 광학 장치나 표면에서 반사되는 빛으로부터 보호하기 위해 레이저 및 증폭기의 출력에 배치되는 경우가 많습니다. 이 반환된 빛이 레이저에 다시 들어가면 출력이 불안정해지거나 손상될 수도 있습니다.
패러데이 절연체는 자기 활성 크리스털을 사용합니다. 이것은 자기장에 놓였을 때 선형 편광의 방향을 회전시키는 물질입니다. TGG(테르븀 갈륨 가넷)는 오랫동안 가시광선 및 근적외선 스펙트럼에서 작동하는 패러데이 절연체의 표준 자기 활성 소재였습니다. 그러나 산업용 레이저의 출력이 계속해서 증가함에 따라 TGG의 고유한 흡수 및 열광학 특성은 점점 더 불리해지고 있습니다. 이는 궁극적으로 패러데이 아이솔레이터를 레이저 시스템의 성능을 제한하는 광학 요소로 만들 수 있습니다.
이제 KTF(Potassium Terbium Fluoride)가 대체 자기 활성 물질로 등장했습니다. 이는 TGG의 한계를 극복하고 훨씬 더 높은 레이저 출력에서 성공적으로 작동할 수 있습니다. 이 문서는 KTF의 속성에 대한 자세한 정보를 제공합니다. 또한 이 재료를 통합한 고출력 레이저용으로 특별히 고안된 새로운 패러데이 절연체 시리즈(바카라 카지노 Pavos Ultra 시리즈)의 테스트 결과도 검토합니다.
TGG와 그 한계
TGG는 여러 가지 이유로 오랫동안 650 – 1100 nm 스펙트럼 범위에 대해 선택된 패러데이 회전자 결정이었습니다. 예를 들어, 고순도로 재배할 수 있습니다. 이는 높은 Verdet 상수(패러데이 효과의 강도를 나타내는 척도)를 갖고 있으며 입방형 결정 구조와 낮은 고유 복굴절을 통해 민감한 정렬 프로세스 없이도 높은 편광 소멸을 쉽게 달성할 수 있습니다. 그리고 상대적으로 비용이 저렴합니다.
그러나 가장 순수한 TGG라도 대량 흡수로 인해 성능 한계에 직면합니다. 이러한 흡수로 인해 결정 내에서 국부적인 가열이 발생하여 세 가지 중요한 성능 제한 요인이 발생합니다.
첫 번째는 편광 회전량이 레이저 출력의 함수로 변한다는 것입니다. 이는 결정의 베르데 상수가 온도에 따라 달라지기 때문입니다. 그리고 크리스탈이 따뜻해지면 주변 자석도 가열되어 성능이 달라집니다. 그 결과 격리 성능이 저하됩니다.
두 번째 문제는 열 렌즈입니다. 크리스탈은 일반적으로 대형 영구 자석 내에 고정되어 있기 때문에 크리스탈을 직접 냉각하기가 어렵습니다. 결정 내의 가우스 빔은 굴절률 구배를 유발하는 방사형 온도 구배를 생성합니다. 이는 전력 의존적이며 시스템의 초점 위치를 이동시키는 렌즈 효과를 갖습니다. 렌즈 효과가 충분히 강하거나 비대칭인 경우 빔 품질도 저하될 수 있습니다.
또 다른 문제는 열로 유도된 복굴절이며, 이는 재료 내부의 열 구배로 인해 발생합니다. 이는 투과된 빛의 편광에 영향을 미칩니다. 이는 아이솔레이터의 성능과 편광에 의존하는 다운스트림 광학 부품의 성능을 저하시킬 수 있습니다.
이 세 가지 요소가 함께 출력 안정성, 빔 품질 및 작업 표면의 초점 위치에 영향을 미칩니다. 이는 모두 처리 결과에 직접적인 영향을 미치므로 프로세스 일관성을 낮추고 프로세스 창 크기를 줄일 수 있습니다.
사이드바
패러데이 아이솔레이터는 어떻게 작동합니까?
패러데이 절연체의 작동은 개념적으로 간단하며 이 그림에 설명되어 있습니다. 선형 편광된 빛(왼쪽에서 들어오는)은 편광 벡터에 맞춰 정렬된 편광판을 통과합니다. 그것은 자기장 내에 있는 자기 활성 결정으로 들어갑니다. 이 결정은 빛의 편광면을 45° 회전시킵니다(패러데이 효과로 인해). 빛은 회전된 편광과 정렬된 다른 편광판을 통과한 다음 광학 시스템을 통해 공정으로 나갑니다.
시스템이나 프로세스에서 반환된 모든 빛은 먼저 원래의 절연체 출력과 동일한 방향으로 향하지 않는 모든 편광을 거부하는 편광판을 통과합니다. 이렇게 필터링된 빛은 자기 활성 결정을 통과하여 다시 45° 회전합니다. 이는 편광 벡터를 첫 번째 편광판에 직각으로 배치한 다음 나머지 반사광을 거부합니다.
KTF와 그 장점
KTF는 TGG와 유사한 전송 범위를 가지며 Verdet 상수와도 유사합니다. 가장 중요한 점은 TGG에 비해 벌크 흡수 계수(8배 낮음), 열 광학 계수(15배 낮음) 및 응력 광학 계수가 낮다는 것입니다. 이를 통해 높은 레이저 출력에 노출될 때 TGG Faraday 절연체를 괴롭히는 절연 성능, 빔 초점 및 빔 품질의 저하를 방지할 수 있습니다.
그러나 초기 KTF 성장 노력은 거품, 함유물 및 높은 분산 문제가 있는 부울을 생성했습니다. 이는 TGG를 통한 전송에 있어 순전히 개선을 제공하지 못했습니다.
다행히도 지속적인 공정 개선을 통해 이제 저렴한 비용으로 고품질 KTF의 더 높은 수율을 얻을 수 있었습니다. 결과적으로 KTF는 고전력 패러데이 회전기와 아이솔레이터에서 TGG를 대체할 준비가 되어 있습니다.
Pavos Ultra 시리즈 실험 데이터
KTF 기반 바카라 카지노 Pavos Ultra 시리즈 패러데이 절연체는 이제 근적외선, kW급 레이저를 사용하여 수천 시간의 수명 테스트를 거쳤습니다. 이러한 테스트는 산업용 레이저 제조업체에서 요구하는 대로 길고 지속적인 사용 수명 동안 성능을 유지하면서 뛰어난 격리 및 빔 품질을 제공한다는 것을 분명히 보여줍니다.
첫 번째 그래프는 절연체의 핵심 성능 지표인 광학 절연을 TGG 및 KTF 절연체의 레이저 출력 함수로 비교합니다. TGG는 가장 낮은 전력에서 더 나은 성능을 발휘하지만 전력이 증가함에 따라 성능이 급격히 저하됩니다. 측정된 출력 범위에서 Pavos Ultra 아이솔레이터의 안정적인 성능은 레이저 시스템이 작동되는 방식과 시간에 관계없이 신뢰할 수 있음을 의미합니다.
그림 1: 레이저 출력에 따른 KTF와 TGG의 분리 성능.
KTF 아이솔레이터는 TGG 기반 아이솔레이터보다 더 나은 빔 품질을 유지합니다. 이는 6W 및 200W 전력에서 두 가지 유형의 아이솔레이터에 대해 표시된 빔 프로필 측정에서 입증됩니다.
절연체 유형 |
6W |
200W |
TGG |
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파보스 울트라(KTF) |
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그림 2: 레이저 출력의 함수로서 KTF 및 TGG의 빔 프로파일 효과.
M² 측정법을 사용하여 보다 정량적으로 빔 품질을 측정할 수 있습니다. 이는 측정된 빔의 강도 프로파일을 이론적으로 완벽한 가우스 빔과 비교하는 비율입니다. 다음 그래프는 TGG와 KTF 절연체 모두에 대해 측정된 M²를 비교합니다. 분명히 테스트된 전력 범위에서 Pavos Ultra 절연체의 빔 품질은 거의 저하되지 않았습니다.
그림 3: 레이저 출력에 따른 KTF 및 TGG의 빔 품질.
초점 이동은 패러데이 아이솔레이터를 고전력으로 사용할 때 발생하는 가장 중요한 문제 중 하나입니다. 이는 레이저 시스템이 손상이나 불안정 없이 계속 작동하더라도 초점 이동으로 인해 공정 결과가 저하될 수 있기 때문입니다.
TGG의 열전도율이 KTF보다 훨씬 높음에도 불구하고 실험 결과는 동등한 전력 수준에서 TGG와 비교할 때 열 관련 초점 이동이 상당히 낮고 빔 품질이 더 우수하다는 것을 분명히 보여줍니다. 테스트 결과는 다음 그래프에 제공됩니다.
그림 4: KTF 및 TGG 아이솔레이터의 200W 레이저 전력 변화에 따른 초점 이동.
그래프에 표시되지 않는 것은 KTF에서 경험한 작은 초점 이동도 선형이라는 것입니다. 이는 측정된 이동을 추정하여 더 높은 전력 수준에서 예상되는 초점 이동을 제공할 가능성이 있음을 의미합니다.
마지막 플롯에서 주목해야 할 또 다른 중요한 점은 KTF가 부정적인 초점 이동을 보여주었다는 것입니다. 특히 빔 발산은 온도에 따라 증가합니다. 이는 포지티브 시프트로 광학 장치를 흡수할 때 발생하는 자체 포커싱과 대조적입니다.
KTF를 다른 포지티브 이동 광학 장치(예: 용융 실리카 구성 요소)와 함께 사용할 때 실제로 이점이 있을 수 있습니다. 특히 KTF의 네거티브 이동은 다른 구성 요소의 포지티브 이동을 부분적으로 보상하여 전체 시스템에 대한 순 초점 이동이 낮아집니다.
예를 들어, 바카라 카지노 4mm 조리개 PAVOS Ultra 아이솔레이터는 두 개의 용융 실리카 편광 빔 스플리터 큐브와 KTF 크리스탈을 사용합니다. 각 빔 스플리터의 초점 이동은 약 0.3 zR/kW입니다. KTF 크리스탈의 평균 초점 이동은 -0.6 zR/kW입니다. 결과는 일반적으로 완전한 아이솔레이터에 대해 무시할 수 있는 초점 이동입니다.
바카라 카지노 PAVOS Ultra 시리즈 절연체의 장기 성능도 조사되었습니다. 특히 이러한 아이솔레이터는 1800~3000시간의 사용 간격에 걸쳐 바카라 카지노의 프로토타입 레이저 캐비티 내에서 테스트되었습니다.
KTF 크리스탈의 입사 전력은 대략 800μm의 빔 직경에서 2.7kW였습니다. 이는 130kW/cm²가 조금 넘는 전력 밀도로 해석됩니다. 그래프는 캐비티가 1800시간의 전체 테스트 기간 동안 안정적으로 유지되었음을 보여줍니다. 모든 점프나 변경은 KTF 로테이터 외부의 다른 시스템 구성 요소 조정으로 인한 것입니다. 이러한 안정성을 유지하려면 빔 품질을 일정하게 유지해야 합니다.
그림 5.KTF 기반 바카라 카지노 Pavos Ultra 아이솔레이터는 높은 레이저 출력에 노출되었을 때 장기적인 작동 안정성을 제공합니다.
결론
TGG는 저전력을 위한 첫 번째 선택 자기 활성 결정으로 남아 있지만패러데이 아이솔레이터 및 회전자, 고유한 흡수 및 열광학 특성으로 인해 고출력 레이저와 함께 사용하는 것이 제한됩니다. KTF를 고전력 패러데이 절연체의 새로운 표준으로 채택함으로써 레이저 제조업체는 TGG에 의해 부과된 제약을 제거하고 시스템의 나머지 부분에서 성능을 향상시키는 데 노력을 집중할 수 있습니다.