[go: up one dir, main page]

RU2690037C2 - Faraday isolator for lasers with high average radiation power - Google Patents

Faraday isolator for lasers with high average radiation power Download PDF

Info

Publication number
RU2690037C2
RU2690037C2 RU2017128264A RU2017128264A RU2690037C2 RU 2690037 C2 RU2690037 C2 RU 2690037C2 RU 2017128264 A RU2017128264 A RU 2017128264A RU 2017128264 A RU2017128264 A RU 2017128264A RU 2690037 C2 RU2690037 C2 RU 2690037C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magneto
optical
magnetic system
optical element
lasers
Prior art date
Application number
RU2017128264A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017128264A (en
RU2017128264A3 (en
Inventor
Евгений Александрович Миронов
Олег Валентинович Палашов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Priority to RU2017128264A priority Critical patent/RU2690037C2/en
Publication of RU2017128264A publication Critical patent/RU2017128264A/en
Publication of RU2017128264A3 publication Critical patent/RU2017128264A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2690037C2 publication Critical patent/RU2690037C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

FIELD: optics.SUBSTANCE: invention relates to optical technology and can be used as an element of optical isolation on the Faraday effect for lasers with a sub-watt average radiation power. Isolator contains a magneto-optical rotator installed in a magnetic system and representing a magneto-optical element of disk shape, as well as a polarizer and analyzer placed outside the magnetic system from the side of one of the end surfaces of the magneto-optical element used for input and output of laser radiation. Reflective coating is applied on the opposite end surface of the magneto-optical element, which is in thermal contact with the magnetic system. Magnetic system is made of a coaxially magnetized disk, a coaxially magnetized ring and a radially magnetized ring.EFFECT: increase the maximum allowable working capacity while maintaining a given degree of isolation.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки на эффекте Фарадея для лазеров с субкиловаттной средней мощностью излучения.The invention relates to optical technology and can be used as an element of the optical isolation on the Faraday effect for lasers with sub-watt average radiation power.

Основной проблемой, препятствующей разработке и созданию изоляторов Фарадея для лазеров с большой средней мощностью, является наличие поляризационных искажений лазерного луча, как на прямом, так и на обратном проходе магнитооптического ротатора (вращателя плоскости поляризации), обусловленных поглощением излучения в материале магнитооптического ротатора при прохождении через него мощного лазерного излучения. Поляризационные искажения лазерного луча приводят к ухудшению важнейшей характеристики изолятора Фарадея - степени изоляции.The main problem hindering the development and creation of Faraday isolators for lasers with high average power is the presence of polarization distortions of the laser beam, both on the forward and reverse pass of the magneto-optical rotator (polarizer plane rotator) caused by the absorption of radiation in the material of the magneto-optical rotator when passing through him powerful laser light. Polarization distortions of the laser beam lead to a deterioration in the most important characteristic of the Faraday isolator, the degree of isolation.

Поглощение излучения в магнитооптическом ротаторе приводит к появлению в его объеме неоднородного распределения температуры. Вследствие этого неоднородное распределение по объему ротатора получат все оптические характеристики, зависящие от температуры. Градиент температуры приводит к появлению внутренних напряжений и термонаведенному двулучепреломлению, вызванному фотоупругим эффектом.Absorption of radiation in a magneto-optical rotator leads to the appearance of a non-uniform temperature distribution in its volume. As a result, a non-uniform distribution over the volume of the rotator will receive all the optical characteristics depending on temperature. The temperature gradient leads to the appearance of internal stresses and thermally induced birefringence caused by the photoelastic effect.

Термонаведенное двулучепреломление в каждой точке поперечного сечения изменяет как разность хода между собственными поляризациями, так и сами собственные поляризации, которые становятся эллиптическими, и это термонаведенное двулучепреломление растет при увеличении мощности лазерного излучения.Thermally induced birefringence at each point of the cross section changes both the path difference between its own polarizations and their own polarizations themselves, which become elliptical, and this thermally induced birefringence increases with increasing laser power.

Структура распределения температуры по объему магнитооптического ротатора существенным образом влияет на величину термонаведенной деполяризации. В работе (И.Б. Мухин, Е.А. Хазанов, "Использование тонких дисков в изоляторах Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью", Квантовая Электроника, 34, №10, 973-978, 2004) показано, что использование в ротаторах магнитооптических элементов дисковой формы (т.е. с отношением их диаметра к длине D/L>>1), охлаждаемых с торцевых поверхностей, позволяет существенно снизить термонаведенную деполяризацию, вызванную фотоупругим эффектом, по сравнению со случаем использования стержневых магнитооптических элементов, охлаждаемых через боковую поверхность. Снижение обеспечивается за счет более выгодного распределения градиента температуры и, соответственно, сопутствующих упругих напряжений. В результате, становится возможным обеспечить требуемую степень изоляции прибора при большем уровне мощности проходящего лазерного излучения.The structure of the temperature distribution over the volume of the magneto-optical rotator significantly affects the amount of thermally induced depolarization. In the work (IB Mukhin, EA Khazanov, "The use of thin disks in Faraday isolators for lasers with high average power", Quantum Electronics, 34, No. 10, 973-978, 2004) shows that use in rotators disk-shaped magneto-optical elements (i.e. with a ratio of their diameter to the length D / L >> 1) cooled from the end surfaces can significantly reduce the thermally induced depolarization caused by the photoelastic effect compared to the case of using rod-shaped magneto-optical elements cooled through the side surface. The reduction is due to a more favorable distribution of the temperature gradient and, accordingly, the accompanying elastic stresses. As a result, it becomes possible to provide the required degree of isolation of the device with a higher power level of the transmitted laser radiation.

Проблемой, связанной с использованием дисковых магнитооптических элементов в магнитооптических ротаторах, является необходимость обеспечения угла поворота плоскости поляризации проходящего излучения в 45°. Вследствие ограничения световой апертуры изолятора и, соответственно, диаметра элемента, его длина L должна быть достаточно малой, поэтому обеспечить достаточный угол поворота становится сложной задачей, поскольку он пропорционален длине ротатора.The problem associated with the use of disk magneto-optical elements in magneto-optical rotators is the need to ensure the angle of rotation of the polarization plane of the transmitted radiation at 45 °. Due to the limitation of the light aperture of the insulator and, accordingly, the diameter of the element, its length L must be sufficiently small, therefore, to ensure a sufficient angle of rotation becomes a difficult task, since it is proportional to the length of the rotator.

Один из способов решения данной проблемы заключается в использовании сверхпроводящих соленоидов в качестве магнитной системы (D.S. Zheleznov, I.B. Mukhin, O.V. Palashov, E.A. Khazanov, A.V. Voitovich, Faraday rotators with short magneto-optical elements for 50 kW laser power, IEEE Journal of Quantum Electronics, v. 43, 451-457, 2007). Поскольку при этом удается получать поля с высокой напряженностью, магнитооптические ротаторы могут быть выполнены в виде одного тонкого дискового магнитооптического элемента, в котором теплоотвод осуществляется в основном через торцевые поверхности, вследствие чего распределения температуры и упругих напряжений устроены таким образом, что термонаведенная деполяризация мала. Однако громоздкость, сложность конструкции, дороговизна эксплуатации делает применение таких устройств нецелесообразным в подавляющем большинстве случаев.One of the ways to solve this problem is to use superconducting solenoids as a magnetic system (DS Zheleznov, IB Mukhin, OV Palashov, EA Khazanov, AV Voitovich, Faraday rotators for 50 kW laser power, IEEE Journal of Quantum Electronics , v. 43, 451-457, 2007). Since it is possible to obtain high-voltage fields, magneto-optical rotators can be made as one thin disk magneto-optical element, in which heat removal takes place mainly through the end surfaces, as a result of which temperature and elastic stress distributions are arranged so that the thermally induced depolarization is small. However, the bulkiness, complexity of the design, the high cost of operation makes the use of such devices impractical in most cases.

Другим способом решения является использование конструкции изолятора, магнитооптический ротатор которого изготовлен из нескольких дисковых магнитооптических элементов, обдуваемых потоком охлаждающего газа (И.Б. Мухин, Е.А. Хазанов, "Использование тонких дисков в изоляторах Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью", Квантовая Электроника, 34, №10, 973-978, 2004). Благодаря тому, что в магнитооптическом ротаторе используются несколько магнитооптических элементов, решается проблема обеспечения заданного угла поворота плоскости поляризации проходящего излучения. Благодаря потоку охлаждающего газа обеспечивается теплоотвод от торцевых поверхностей магнитооптических элементов, что приводит к выгодному распределению температуры по объему элементов.Another solution is to use the design of an insulator, the magneto-optical rotator of which is made of several disk magneto-optical elements blown by a flow of cooling gas (IB Mukhin, EA Khazanov, "Use of thin disks in Faraday insulators for high average power lasers" Quantum Electronics, 34, No. 10, 973-978, 2004). Due to the fact that several magneto-optical elements are used in the magneto-optical rotator, the problem of providing the specified angle of rotation of the polarization plane of the transmitted radiation is solved. Due to the flow of cooling gas, heat is removed from the end surfaces of the magneto-optical elements, which leads to an advantageous temperature distribution over the volume of the elements.

Недостатком такого изолятора Фарадея является его сложная оптическая конструкция, требующая юстировки нескольких оптических элементов внутри магнитной системы. Кроме того, использование нескольких магнитооптических элементов, расположенных друг за другом приводит к множественным френелевским переотражениям. Часть излучения, участвующая в переотражениях проходит другой оптический путь, чем основная часть, набирает отличный угол поворота от заданного, и в результате может существенно снизить степень изоляции устройства. Недостатком такого устройства также является необходимость организации обдува магнитооптических элементов охлаждающим газом. Для этого должна быть разработана и внедрена внутрь магнитной системы сложная система обдува. При этом важно не допустить турбулентного течения газа между магнитооптическими элементами, чтобы не вносить дополнительных искажений в лазерный пучок при прохождении через неоднородную среду, поэтому течение газа должно быть ламинарным. Все это влечет за собой дороговизну и сложность эксплуатации устройства. Кроме того, изолятор такой конструкции подразумевает симметричную магнитную систему на основе постоянных магнитов с проходом излучения сквозь нее, и, соответственно, невысокую величину напряженности поля, не позволяющую использовать магнитооптический ротатор малой длины. А поскольку величина поглощенной мощности пропорциональна длине ротатора, имеются существенные ограничения на величину допустимой рабочей мощности вследствие проявления тепловых эффектов.The disadvantage of such an Faraday isolator is its complex optical design, which requires alignment of several optical elements inside the magnetic system. In addition, the use of several magneto-optical elements arranged one behind the other leads to multiple Fresnel reflections. Part of the radiation involved in the reflections passes a different optical path than the main part, gaining an excellent angle of rotation from the target, and as a result can significantly reduce the degree of isolation of the device. The disadvantage of this device is the need to organize the cooling of the magneto-optical elements of the cooling gas. For this, a complex blowing system must be designed and implemented inside the magnetic system. It is important to prevent turbulent gas flow between the magneto-optical elements in order not to introduce additional distortions into the laser beam when passing through a non-uniform medium, therefore the gas flow must be laminar. All this entails the high cost and complexity of operating the device. In addition, an insulator of this design implies a symmetrical magnetic system based on permanent magnets with a radiation passage through it, and, accordingly, a low field strength that does not allow the use of a magneto-optical rotator of small length. And since the magnitude of the absorbed power is proportional to the length of the rotator, there are significant limitations on the magnitude of the allowable working power due to the manifestation of thermal effects.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой конструкции является известная конструкция изолятора Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью излучения, магнитооптический ротатор которого представляет собой один магнитооптический элемент дисковой формы, причем поляризатор и анализатор размещены снаружи магнитной системы со стороны одной из торцевых поверхностей магнитооптического элемента, используемой для ввода и вывода лазерного излучения, а на его противоположную торцевую поверхность, находящуюся в тепловом контакте с магнитной системой, нанесено отражающее покрытие (патент US 5115340 А, опубл. 19.05.1992).The closest in technical essence to the claimed design is a well-known Faraday isolator design for lasers with high average radiation power, the magneto-optical rotator of which is a single magneto-optical disk-shaped element, with the polarizer and analyzer placed outside the magnetic system from one of the end surfaces of the magneto-optical element used for input and output of laser radiation, and on its opposite end surface located in the thermal contact kTe with a magnetic system, a reflective coating applied (patent US 5115340 A, publ. 19.05.1992).

Недостатком изолятора Фарадея прототипа является конструкция магнитной системы, которая состоит из постоянного кольцевого магнита и полюсных наконечников. Такое построение магнитной системы приводит к тому, что в ней невозможно получить высокую напряженность магнитного поля, а следовательно использовать магнитооптический ротатор малой длины. Кроме того такая конструкция затрудняет получение высокооднородного поля в области магнитооптического элемента, что ухудшает характеристики изолятора.The disadvantage of the Faraday isolator of the prototype is the design of the magnetic system, which consists of a permanent ring magnet and pole pieces. Such a construction of the magnetic system leads to the fact that it is impossible to obtain a high magnetic field strength in it, and therefore to use a magneto-optical rotator of small length. In addition, this design makes it difficult to obtain a highly uniform field in the region of the magneto-optical element, which degrades the characteristics of the insulator.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение максимально допустимой рабочей мощности дискового изолятора Фарадея на постоянных магнитах при сохранении заданной степени изоляции (30 дБ).The problem to which the invention is directed is to increase the maximum allowable working capacity of a Faraday disk insulator with permanent magnets while maintaining the specified degree of isolation (30 dB).

Технический результат в разработанном изоляторе Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью излучения достигается за счет того, что он, как и прототип, содержит магнитооптический ротатор, представляющий собой магнитооптический элемент дисковой формы, установленный в магнитной системе, выполненной с использованием постоянных магнитов, а также поляризатор и анализатор, размещенные снаружи магнитной системы со стороны одной из торцевых поверхностей магнитооптического элемента, используемой для ввода и вывода лазерного излучения, на противоположную торцевую поверхность которого, находящуюся в тепловом контакте с магнитной системой, нанесено отражающее покрытие.The technical result in the developed Faraday isolator for lasers with high average radiation power is achieved due to the fact that it, like the prototype, contains a magneto-optical rotator, which is a disk-shaped magneto-optical element installed in a magnetic system made using permanent magnets, as well as a polarizer and an analyzer placed outside the magnetic system from the side of one of the end surfaces of the magneto-optical element used to input and output laser radiation, n and the opposite end surface of which, in thermal contact with the magnetic system, is coated with a reflective coating.

Новым в разработанном изоляторе Фарадея является то, что магнитная система изготовлена из коаксиально намагниченного диска, коаксиально намагниченного кольца и радиально намагниченного кольца.New in the developed Faraday isolator is that the magnetic system is made of a coaxially magnetized disk, a coaxially magnetized ring and a radially magnetized ring.

В частном случае реализации разработанного изолятора Фарадея по п. 2 новым является то, что магнитооптический элемент дисковой формы изготовлен из оптической керамики.In the particular case of the implementation of the developed Faraday isolator according to claim 2, a new one is that the disk-shaped magneto-optical element is made of optical ceramics.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

- на фиг. 1 представлена в разрезе схема предлагаемого изолятора Фарадея в соответствии с п. 1 формулы.- in fig. 1 shows a sectional diagram of the proposed Faraday isolator in accordance with paragraph 1 of the formula.

Предлагаемый изолятор Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью излучения, изготовленный в соответствии с п. 1 формулы и представленный на фиг. 1, содержит дисковый магнитооптический элемент 1, помещенный в магнитную систему 2, состоящую из коаксиально намагниченного диска, коаксиально намагниченного кольца и радиально намагниченного кольца (см. фиг. 1) и создающую поле в направлении оси изолятора. Кольца и диск имеют такие соотношения размеров, чтобы обеспечить высокую напряженность поля в области расположения магнитооптического элемента 1.The proposed Faraday isolator for lasers with high average radiation power, made in accordance with claim 1 and presented in FIG. 1, contains a disk magneto-optical element 1 placed in a magnetic system 2 consisting of a coaxially magnetized disk, a coaxially magnetized ring and a radially magnetized ring (see Fig. 1) and creating a field in the direction of the axis of the insulator. The rings and the disk have such proportions as to provide a high field strength in the area of the location of the magneto-optical element 1.

На одну из торцевых поверхностей магнитооптического элемента 1 нанесено отражающее покрытие 3. Эта торцевая поверхность находится в тепловом контакте с магнитной системой 2. Со стороны противоположной торцевой поверхности магнитооптического элемента 1 снаружи магнитной системы 2 находятся поляризатор 4 и анализатор 5.A reflective coating 3 is applied to one of the end surfaces of the magneto-optical element 1. This end surface is in thermal contact with the magnetic system 2. A polarizer 4 and an analyzer 5 are located outside the opposite end surface of the magneto-optical element 1 outside the magnetic system 2.

Построение изолятора Фарадея в соответствии с п. 1 формулы позволяет использовать асимметричную магнитную систему 2, не требующую обеспечения прохода излучения сквозь нее, как и в случае с прототипом. За счет того, что в магнитной системе вместо полюсных наконечников используются постоянные магниты, а также за счет того, что магнитооптический элемент 1 расположен непосредственно на магните, появляется возможность обеспечения большей напряженности магнитного поля в области магнитооптического элемента 1. Использование магнитов вместо полюсных наконечников позволяет увеличить энергию магнитного поля, а предлагаемое распределение вектора намагниченности позволяет максимизировать величину его напряженности именно в области магнитооптического элемента. Такое распределение намагниченности также позволяет получать высокооднородные магнитные поля, что позволяет избежать дополнительной деполяризации излучения.The construction of the Faraday isolator in accordance with paragraph 1 of the formula allows the use of an asymmetric magnetic system 2, which does not require ensuring the passage of radiation through it, as is the case with the prototype. Due to the fact that permanent magnets are used instead of pole pieces in the magnetic system, and also due to the fact that the magneto-optical element 1 is located directly on the magnet, it becomes possible to provide a greater magnetic field strength in the region of the magneto-optical element 1. Using magnets instead of pole pieces allows you to increase energy of the magnetic field, and the proposed distribution of the magnetization vector allows to maximize the magnitude of its intensity in the magnetic field pticheskogo element. Such a distribution of magnetization also allows one to obtain highly uniform magnetic fields, which makes it possible to avoid additional depolarization of radiation.

Предлагаемый изолятор Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью излучения работает следующим образом. Пучок лазерного излучения (в общем случае - неполяризованного) на прямом проходе через поляризатор 4 делится на нем на два пучка с ортогональными линейными поляризациями. Один из пучков выводится из схемы поляризатором 4 и далее не рассматривается. Оставшийся пучок проходит через магнитооптический элемент 1, отражается от отражающего покрытия 3, проходит через магнитооптический элемент 1 в противоположном направлении. В результате плоскость поляризации излучения поворачивается на угол 45°, при этом пучок приобретает поляризационные искажения вследствие фотоупругого эффекта. Компонента пучка с неискаженной поляризацией беспрепятственно проходит сквозь анализатор 5, а деполяризованная компонента отражается им и выводится из схемы. На обратном проходе через изолятор Фарадея линейно поляризованный пучок в магнитооптическом ротаторе 1 получает дополнительное изменение плоскости поляризации на 45° в том же направлении (в сумме 90° относительно своего изначального направления поляризации) и при прохождении поляризатора 4 отразится от него, т.е. не пойдет по пути прямого луча. Однако его деполяризованная компонента пройдет сквозь поляризатор 4 и будет определять основную характеристику изолятора Фарадея - степень изоляции. Поскольку магнитооптический ротатор представляет собой один магнитооптический элемент 1, в схеме отсутствуют переотражения, которые могли бы снизить степень изоляции устройства. Кроме того, за счет теплового контакта магнитооптического элемента 1 с магнитной системой 2 в предлагаемом изоляторе Фарадея проблема отвода тепла решена без дополнительных приспособлений. И наконец, поскольку в магнитной системе 2 изолятора постоянные магниты собраны таким образом, чтобы максимизировать поле в области магнитооптического элемента 1, и магнитооптический элемент 1 расположен непосредственно на магните, оказывается возможным создать поле большей напряженности по сравнению с прототипом, а за счет этого уменьшить длину магнитооптического ротатора и величину набираемых поляризационных искажений при прохождении через него, и, соответственно, увеличить максимально допустимую рабочую мощность изолятора Фарадея.The proposed Faraday isolator for lasers with high average radiation power works as follows. The beam of laser radiation (in the general case, unpolarized) on the direct passage through the polarizer 4 is divided into two beams with orthogonal linear polarizations. One of the beams is derived from the circuit by the polarizer 4 and is not considered further. The remaining beam passes through the magneto-optical element 1, is reflected from the reflective coating 3, passes through the magneto-optical element 1 in the opposite direction. As a result, the plane of polarization of the radiation is rotated by an angle of 45 °, while the beam acquires polarization distortions due to the photoelastic effect. The beam component with undistorted polarization passes unhindered through analyzer 5, and the depolarized component is reflected by it and removed from the circuit. On the reverse passage through the Faraday isolator, the linearly polarized beam in the magneto-optical rotator 1 receives an additional change of the polarization plane by 45 ° in the same direction (in the sum of 90 ° relative to its original polarization direction) and during the passage of the polarizer 4 it will reflect from it, i.e. Do not go on the path of the direct beam. However, its depolarized component will pass through polarizer 4 and will determine the main characteristic of a Faraday isolator - the degree of isolation. Since the magneto-optical rotator is a single magneto-optical element 1, there are no re-reflections in the circuit, which could reduce the isolation degree of the device. In addition, due to the thermal contact of the magneto-optical element 1 with the magnetic system 2 in the proposed Faraday isolator, the problem of heat removal is solved without additional devices. Finally, since permanent magnets are assembled in the magnetic system 2 of the insulator so as to maximize the field in the area of the magneto-optical element 1, and the magneto-optical element 1 is located directly on the magnet, it is possible to create a field of greater intensity compared to the prototype, and thereby reduce the length the magneto-optical rotator and the magnitude of the polarization distortion gained during passage through it, and, accordingly, increase the maximum allowable working capacity of the Farad isolator .

В частном случае реализации разработанного изолятора Фарадея по п. 2 целесообразно использовать магнитооптический ротатор, выполненный из оптической керамики, поскольку в этом случае появляется возможность применять магнитоактивные материалы, которые не могут быть выращены монокристаллическими. В частности могут быть использованы материалы с высоким значением постоянной Верде, что позволит сократить длину магнитооптического элемента и сократить величину термонаведенной деполяризации, улучшив распределение термоупругих напряжений в нем. Например, можно использовать оптическую керамику Tb2O3, постоянная Верде которой в 3,5 раза превосходит постоянную Верде кристалла TGG.In the particular case of the implementation of the developed Faraday isolator according to claim 2, it is advisable to use a magneto-optical rotator made of optical ceramics, since in this case it becomes possible to apply magnetoactive materials that cannot be grown single-crystal. In particular, materials with a high value of the constant Verde can be used, which will reduce the length of the magneto-optical element and reduce the magnitude of the thermally induced depolarization, improving the distribution of thermoelastic stresses in it. For example, you can use optical ceramics Tb2O3, the Verde constant of which is 3.5 times greater than the Verde constant of the TGG crystal.

Claims (2)

1. Изолятор Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью излучения, содержащий магнитооптический ротатор, представляющий собой магнитооптический элемент дисковой формы, установленный в магнитной системе, выполненной с использованием постоянных магнитов, а также поляризатор и анализатор, размещенные снаружи магнитной системы со стороны одной из торцевых поверхностей магнитооптического элемента, используемой для ввода и вывода лазерного излучения, на противоположную торцевую поверхность которого, находящуюся в тепловом контакте с магнитной системой, нанесено отражающее покрытие, отличающийся тем, что магнитная система изготовлена из коаксиально намагниченного диска, коаксиально намагниченного кольца и радиально намагниченного кольца.1. Faraday isolator for lasers with high average radiation power, containing a magneto-optical rotator, which is a disk-shaped magneto-optical element installed in a magnetic system made using permanent magnets, as well as a polarizer and analyzer placed outside the magnetic system from one of the end surfaces magneto-optical element used for input and output of laser radiation, on the opposite end surface of which is in thermal contact with magnetic system, a reflective coating is applied, characterized in that the magnetic system is made of a coaxially magnetized disk, a coaxially magnetized ring and a radially magnetized ring. 2. Изолятор Фарадея для лазеров с высокой средней мощностью излучения по п. 1, отличающийся тем, что магнитооптический элемент дисковой формы изготовлен из оптической керамики.2. Faraday isolator for lasers with high average radiation power according to claim 1, characterized in that the disk-shaped magneto-optical element is made of optical ceramics.
RU2017128264A 2017-08-07 2017-08-07 Faraday isolator for lasers with high average radiation power RU2690037C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128264A RU2690037C2 (en) 2017-08-07 2017-08-07 Faraday isolator for lasers with high average radiation power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128264A RU2690037C2 (en) 2017-08-07 2017-08-07 Faraday isolator for lasers with high average radiation power

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017128264A RU2017128264A (en) 2019-02-07
RU2017128264A3 RU2017128264A3 (en) 2019-02-07
RU2690037C2 true RU2690037C2 (en) 2019-05-30

Family

ID=65270767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128264A RU2690037C2 (en) 2017-08-07 2017-08-07 Faraday isolator for lasers with high average radiation power

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690037C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726274C1 (en) * 2020-02-21 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Faraday isolator on permanent magnets with high magnetic field strength

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5115340A (en) * 1988-09-30 1992-05-19 Amoco Corporation High average power Faraday isolator
DE102010028213A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Jt Optical Engine Gmbh + Co. Kg Optical isolator, has Faraday-rotator arranged between input and output polarization filters, where laser beam runs from front side through Faraday-element based on reflection at reflector and is reflected at rear side of Faraday-element
RU2589754C2 (en) * 2014-10-02 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Faraday isolator for laser beams with square cross section of intensity distribution

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5115340A (en) * 1988-09-30 1992-05-19 Amoco Corporation High average power Faraday isolator
DE102010028213A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Jt Optical Engine Gmbh + Co. Kg Optical isolator, has Faraday-rotator arranged between input and output polarization filters, where laser beam runs from front side through Faraday-element based on reflection at reflector and is reflected at rear side of Faraday-element
RU2589754C2 (en) * 2014-10-02 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Faraday isolator for laser beams with square cross section of intensity distribution

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726274C1 (en) * 2020-02-21 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Faraday isolator on permanent magnets with high magnetic field strength

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017128264A (en) 2019-02-07
RU2017128264A3 (en) 2019-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Eggleston et al. The slab geometry laser-part I: theory
Snetkov et al. Review of Faraday isolators for kilowatt average power lasers
US9304337B2 (en) Faraday rotator for an optical isolator
US8743458B2 (en) Optical insulator with parallelepiped magnets
JPH10161076A (en) Optical device using magneto-optical effect
Cai et al. Partially coherent vector beams: from theory to experiment
US20070091412A1 (en) Compact multipass optical isolator
US8854716B2 (en) Reflection type variable optical attenuator
US20150124318A1 (en) High magnetic field-type multi-pass faraday rotator
RU2690037C2 (en) Faraday isolator for lasers with high average radiation power
US6943932B2 (en) Waveguide mach-zehnder optical isolator utilizing transverse magneto-optical phase shift
US4033670A (en) Zeeman effect optical isolator
RU2717394C1 (en) Faraday isolator with compensation of axially symmetrical polarization distortions
RU2559863C2 (en) Faraday isolator based on permanent magnets for high-power lasers
RU2637363C2 (en) Faraday insulator with crystalline magnetooptical rotator for high power lasers
US12422702B2 (en) Magnetic circuit, faraday rotator, and magneto-optic device
RU2342688C2 (en) Optical isolator for high power lasers
JP2005099737A (en) Magnetooptic optical component
RU2598623C1 (en) Faraday isolator with inhomogeneous magnetic field for high-power lasers
RU2589754C2 (en) Faraday isolator for laser beams with square cross section of intensity distribution
JPH0244310A (en) Optical isolator
RU2603229C1 (en) Faraday isolator for non-polarized laser radiation
RU2601390C1 (en) Optical valve with mono crystallographic magnetooptical element for high-power lasers
Nicklaus et al. Faraday isolators for high average power fundamental mode radiation
RU2822210C1 (en) Faraday isolator with crystal magneto-optical rotator for lasers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190808