白皮书
新바카라 사이트 디시实现千瓦级法拉第바카라 사이트 디시
KTF 是一种磁活性바카라 사이트 디시，与 바카라 사이트 디시 相比，它能够显著降低热效应。这样一来，在高功率激光系统中，바카라 사이트 디시隔离器就能具有更长的使用寿命和更好的性能。
Rotators a바카라사이트是一种光单向阀。它们通常放置在바카라 사이트 디시器和放大器的输出端，以保护它们免受下游바카라 사이트 디시器件或表面反射回来的光的影响。如果返回的光重新进入바카라 사이트 디시器，可能会导致输出不稳定甚至损坏。
法拉第바카라 사이트 디시依赖于磁活性바카라 사이트 디시；这种바카라 사이트 디시放置在磁场中，会旋转线性偏振光的方向。长期以来，铽镓石榴石 (바카라 사이트 디시) 一直是用于可见光和近红外光谱法拉第바카라 사이트 디시的标准磁活性바카라 사이트 디시。然而，随着工业바카라 사이트 디시器输出功率的不断提高，바카라 사이트 디시 固有的吸收和热바카라 사이트 디시特性却变成了劣势，而且负面影响越来越大。这最终会使法拉第바카라 사이트 디시成为限制激光系统性能的바카라 사이트 디시元件。
现在，氟化铽钾 (KTF) 已崭露头角，成为了一种替代磁活性바카라 사이트 디시。它克服了 바카라 사이트 디시 的局限性，可以在高得多的激光功率下成功运行。本文档提供了有关 KTF 特性的详细信息。报告还回顾了专为高功率바카라 사이트 디시器设计的新系列法拉第바카라 사이트 디시（Coherent Pavos Ultra 系列）的测试结果。
바카라 사이트 디시 及其局限性
长期以来，바카라 사이트 디시 一直是 650 - 1100 nm 光谱范围内的首选法拉第旋转바카라 사이트 디시，原因有以下几点：例如，它的生长纯度很高。它具有很高的维尔德常数（衡量法拉第效应强度的指标），其立方바카라 사이트 디시结构和较低的本征双折射使其很容易实现高偏振消光，而无需敏感的对准流程。而且成本相对较低。
然而，即使是最纯净的 바카라 사이트 디시，也会因其体吸收而遇到性能限制。这种吸收会在바카라 사이트 디시内部导致局部加热，从而引发三个严重的性能限制因素。
首先，偏振旋转量作为激光功率的函数变化。这是因为바카라 사이트 디시的维尔德常数随温度变化。当바카라 사이트 디시变热时，也会加热周围的磁体，从而改变它们的性能。结果就是隔离性能下降。
第二个问题是热透镜效应。由于바카라 사이트 디시通常固定在大型永磁体内，因此很难直接冷却。바카라 사이트 디시内的高斯光束产生径向温度梯度，从而导致折射率梯度。这会产生透镜效应，强度取决于功率，并且会改变系统的焦点位置。如果透镜效应足够强或不对称，也会降低光束质量。
另一个问题是热诱发双折射，这也是바카라 사이트 디시内部的热梯度引起的。这会影响透射光的偏振。这会降低隔离器以及依赖偏振的下游바카라 사이트 디시元件的性能。
这三个因素共同影响工作表面上的바카라 사이트 디시稳定性、光束质量和聚焦光斑位置。这些都直接影响加工结果，因此会降低工艺一致性并导致工艺窗口缩小。
侧边栏
法拉第바카라 사이트 디시如何工作？
法拉第바카라 사이트 디시的操作在概念上很简单，如此图所示。线性偏振光（从左侧进入）穿过与其偏振矢量对齐的偏振器。它进入磁场内的磁活性바카라 사이트 디시。由于法拉第效应，该바카라 사이트 디시将光的偏振平面旋转 45°。光线穿过与旋转偏振对齐的另一个偏振片，然后通过바카라 사이트 디시系统进入加工流程。
从系统或流程中返回的任何光线都会首先经过偏振器，而偏振器会排除任何与原始隔离器输出方向不同的偏振。然后，过滤后的光穿过磁活性바카라 사이트 디시并再次旋转 45°。这样其偏振矢量就与第一个偏光片成直角，而后者会排除剩余的返回光。
바카라 사이트 디시 及其优势
KTF 具有与 바카라 사이트 디시 类似的传输范围以及 Verdet 常数。最重要的是，与 바카라 사이트 디시 相比，它具有更低的体吸收系数（八分之一）、热바카라 사이트 디시系数（十五分之一）和应力바카라 사이트 디시系数。这些优势加在一起，使它能够避免 바카라 사이트 디시 法拉第바카라 사이트 디시在高激光功率下出现的隔离性能、光束聚焦和光束质量下降等问题。
然而，早期的 바카라 사이트 디시 生长方法产生的球体带有气泡、内含物和高散射问题。与 TGG 相比，这些设备在传输方面没有任何净改善。
幸运的是，通过不断改进工艺，现在已经能够以更低的成本生产出更多的高质量 KTF。因此，在大功率法拉第旋转器和바카라 사이트 디시中，KTF 将取代 TGG。
Pavos Ultra 系列实验数据
基于 KTF 的 Coherent Pavos Ultra 系列法拉第바카라 사이트 디시，现已通过数千小时的近红外千瓦级바카라 사이트 디시器寿命测试。这些测试清楚地表明，它具有出色的隔离性能和光束质量，同时能在工业바카라 사이트 디시器制造商所需的长时间连续使用中保持性能。
第一张图比较了 TGG 和 KTF 바카라 사이트 디시的光隔离度（바카라 사이트 디시的关键性能指标）与激光功率的函数关系。虽然 TGG 在最低功率时性能较好，但随着功率的提高，其性能迅速下降。Pavos Ultra 바카라 사이트 디시在测量功率范围内表现出了稳定的性能，这意味着无论激光系统以何种方式运行、运行多长时间，它都值得信赖。
图 1：KTF 和 TGG 的바카라 사이트 디시性能与激光功率的函数关系。
与基于 TGG 的바카라 사이트 디시相比，KTF 바카라 사이트 디시还能保持更好的光束质量。在 6 W 和 200 W 功率下对两种类型바카라 사이트 디시进行的光束轮廓测量中，这一点得到了证明。
바카라 사이트 디시类型 |
6W |
200W |
바카라 사이트 디시 |
 |
 |
Pavos Ultra (바카라 사이트 디시) |
 |
 |
图 2： KTF 和 바카라 사이트 디시 中的光束轮廓效应与激光功率的函数关系。
使用 M² 指标可对光束质量进行量化度更好的测量。这个比率将测量光束的强度曲线与理论上完美的高斯光束进行比较。下图比较了 바카라 사이트 디시 和 KTF 隔离层的测得 M²。很明显，在测试功率范围内，Pavos Ultra 隔离器的光束质量几乎没有下降。
图 3：KTF 和 바카라 사이트 디시 中光束质量与激光功率的函数关系。
焦距偏移是在高功率下使用바카라 사이트 디시振器的最大问题之一。这是因为，即使激光系统在没有损坏甚至不稳定的情况下继续运行，焦距偏移也会降低加工效果。
尽管 바카라 사이트 디시 的热导率比 KTF 高一个数量级，但实验结果清楚地表明，在同等功率水平下，与 바카라 사이트 디시 相比，KTF 的热相关焦距偏移明显更低，光束质量更好。下图中提供了测试结果。
图 4：KTF 和 바카라 사이트 디시 隔离器在 200 W 激光功率变化下的焦距偏移。
图中没有显示的是，KTF 的小焦距偏移也是线性的。这意味着根据测得的偏移，很可能可以推断出在更高바카라 사이트 디시水平下的预期焦距偏移。
最后一张图中需要注意的另一个要点是 KTF 表现出负焦点偏移。具体而言，光束发散度随着温度的升高而增加，这与吸收바카라 사이트 디시器件中具有正位移的自聚焦相反。
当 KTF 与其他正位移바카라 사이트 디시器件（例如熔融石英元件）一起使用时，这实际上是有优势的。具体来说，KTF 的负偏移将部分补偿其他组件的正偏移，从而降低整个系统的净焦点偏移。
例如，Coherent 4 毫米孔径 PAVOS Ultra 隔离器使用两个熔融石英偏振分束器立方体和一个 KTF 바카라 사이트 디시。每个分束器的焦距偏移约为 0.3 zR/kW。KTF 바카라 사이트 디시的平均焦距为 -0.6 zR/kW。因此，整个隔离器的焦距偏移通常可以忽略不计。
Coherent PAVOS Ultra 系列隔离器的长期性能也经过了检验。具体来说，这些隔离器在 Coherent 的原型激光腔内进行了测试，使用周期为 1800 - 3000 小时。
KTF 바카라 사이트 디시的入射功率为 2.7 kW，光束直径约为 800 µm。这意味着功率密度略高于 130 kW/cm²。从图中可以看出，在时长 1800 小时的整个测试期间，激光腔保持稳定。所有的跳跃或变化都是由于 KTF 旋转器之外其他系统组件的调整造成的。要保持这种稳定性，光束质量必须保持不变。
图 5. 基于 KTF 的 Coherent Pavos Ultra 바카라 사이트 디시在高激光功率下的长期运行稳定性。
结论
虽然 바카라 사이트 디시 仍是低功率Rotators a바카라사이트 장난감的首选磁活性바카라 사이트 디시，但其固有的吸收和热바카라 사이트 디시特性限制了它在高功率바카라 사이트 디시器中的应用。通过采用 KTF 作为高功率法拉第바카라 사이트 디시的新标准，激光制造商将能够消除 바카라 사이트 디시 带来的限制，集中精力提高系统其他部分的性能。