一种法拉第旋光器结构及其应用的制作方法

本发明涉及激光光学无源器件，尤其涉及一种法拉第旋光器结构及其应用。

背景技术：

1、随着激光器的输出功率不断增高，市场上尤其是工业加工用激光器达千瓦乃至万瓦级别，法拉第隔离器具有隔离反馈光而保护激光前端系统的安全功能，但法拉第隔离器中的旋光器部件因旋光介质的较强吸热本质导致热量逐渐累积，使其成为受热效应影响最严重的光学器件之一。具体而言，一方面在旋光介质中产生热源，当达到旋光介质的损伤阈值时，导致激光耐受功率降低甚至损坏激光系统；另一方面，热量累积导致旋光介质内部径向温度分布不均匀，产生了折射率梯度和应力双折射，形成一个热透镜效应。目前旋光器散热控温大多采用高导热率的旋光介质或附加水冷装置，但限于新型高导热率旋光介质研究仍处于探索阶段，不能满足高功率激光器的急需，而水冷装置笨重且体积较大，不适应激光装置轻量化、小型化发展需求。

2、中国专利公告号cn201945766u的实用新型专利公开了一种圆形棒状tgg法拉第旋光器，其典型结构如图1所示，克服了采用传统的稀土类铁石榴石作为旋光介质而导致在1μm波段吸收系数较大的问题。

3、但是，这种圆形棒状旋光介质法拉第旋光器至少存在以下缺点：

4、在高功率激光辐照下，由于旋光介质固有吸收热量性质，导致旋光介质中心的热量累积，形成温度折射率梯度，导致严重的热透镜效应，甚至击穿烧蚀旋光介质，使光隔离功能失效。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种新型法拉第旋光器结构，以解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

3、一种法拉第旋光器结构，包括磁路，所述磁路内的中心位置设置有环形旋光介质或板条状旋光介质或圆盘状旋光介质。

4、作为优选的技术方案：所述环形旋光介质为环形棒状旋光晶体。

5、作为优选的技术方案：所述环形旋光介质采用激光钻孔工艺制备。

6、作为优选的技术方案：所述环形旋光介质的消光比达40db以上。

7、作为优选的技术方案：所述环形旋光介质（3）为吸收系数α≤0.001/cm、导热率κ≥5 w/（m.k）、verdet系数v≥35 rad/(t.m)的磁光晶体。

8、作为进一步优选的技术方案：环形旋光介质（3）为氟化铽类磁光晶体。

9、作为更进一步优选的技术方案：所述氟化铽类磁光晶体为ktf、tgg、tsag中的一种。

10、作为优选的技术方案：所述环形旋光介质的中间空心部分的半径为，式中，r为旋光介质中间空心部分的半径，r为旋光介质的半径。当r过大时，因旋光介质的硬度属性，现有激光钻孔工艺极有可能导致碎裂。

11、本发明的目的之二，在于提供上述的环行旋光介质法拉第旋光器结构的应用，应用于近红外780～1100nm波段的高功率固体激光器。

12、本发明的环行旋光介质法拉第旋光器结构工作波长主要在近红外780～1100nm波段，其特点是适合此波段的高功率固体激光器。本发明采用与空气面积接触更大的环形旋光介质有利于热量及时疏散，环形旋光介质及匹配的稳恒均匀性磁路易于设计、加工、装配和调试，能够解决传统的圆形旋光介质法拉第旋光器存在的热效应问题。

13、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明根据激光光斑的大小和功率的控制要求，旋光介质采用环形结构以匹配环形激光光束整形器，相较于传统的圆形旋光介质，根据有效通光口径等效法，可增大旋光介质与空气的接触面积，提升散热效率，可降低热效应的不利影响，能承受高功率激光器连续工作条件，对于改善激光光斑质量具有明显的实用价值。

技术特征：

1.一种法拉第旋光器结构，其特征在于：包括磁路（1），所述磁路（1）内的中心位置设置有环形旋光介质（3）或板条状旋光介质（4）或圆盘状旋光介质（5）。

2.根据权利要求1所述的法拉第旋光器结构，其特征在于：所述环形旋光介质（3）为环形棒状旋光晶体。

3.根据权利要求1所述的法拉第旋光器结构，其特征在于：所述环形旋光介质（3）采用激光钻孔工艺制备。

4.根据权利要求1所述的法拉第旋光器结构，其特征在于：所述环形旋光介质（3）的消光比达40db以上。

5.根据权利要求1所述的法拉第旋光器结构，其特征在于：所述环形旋光介质（3）为吸收系数α≤0.001/cm、导热率κ≥5 w/（m.k）、verdet系数v≥35 rad/(t.m)的磁光晶体。

6.根据权利要求5所述的法拉第旋光器结构，其特征在于：环形旋光介质（3）为氟化铽类磁光晶体。

7.根据权利要求6所述的法拉第旋光器结构，其特征在于：所述氟化铽类磁光晶体为ktf、tgg、tsag中的一种。

8.根据权利要求1所述的法拉第旋光器结构，其特征在于：所述环形旋光介质（3）的中间空心部分的半径为，式中，r为旋光介质中间空心部分的半径，r为旋光介质的半径。

9.权利要求1-8任一项所述的法拉第旋光器结构的应用，其特征在于：应用于近红外780～1100nm波段。

技术总结
本发明公开了一种法拉第旋光器结构，属于激光光学无源器件技术领域，包括磁路（1），所述磁路（1）内的中心位置设置有环形旋光介质（3）或板条状旋光介质（4）或圆盘状旋光介质（5），本发明还公开了上述旋光器的应用，本发明根据激光光斑的大小和功率的控制要求，旋光介质采用环形结构以匹配环形激光光束整形器，相较于传统的圆形旋光介质，根据有效通光口径等效法，可增大旋光介质与空气的接触面积，提升散热效率，可降低热效应的不利影响，能承受高功率激光器连续工作条件，对于改善激光光斑质量具有明显的实用价值。

技术研发人员：王涛,蒋行,李俊,魏占涛
受保护的技术使用者：西南应用磁学研究所（中国电子科技集团公司第九研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7