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高功率光隔离器及其制作过程中的一些共性问题

2013-01-29 09:27
默菲
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  高功率光隔离器关键技术

  与常见的光纤通信系统中使用的较低功率光隔离器相比,在较高的激光功率下,光隔离器的设计及制作也呈现出一些不同之处,这也是在高功率器件的设计研发中需要解决的主要问题。

  (1) 光学元件在高功率密度激光辐射作用下的损伤问题。这个问题不仅在高功率光隔离器中存在,就是在其他高功率光器件的设计制作过程中也同样要面对。为了解决此问题。

  首先需要在产品的制作及测试过程中保证良好的环境洁净度并选用损伤阈值较高的光学器件及光学薄膜,当然这也受到产品成本的制约。因为空气中的微小颗粒如果粘附在光学表面将极大降低光学表面的激光损伤阈值,这些微小颗粒对激光的吸收比较大,容易导致颗粒附近能量集中,从而导致光学表面薄膜损伤甚至面损伤,在元件表面出现麻点甚至小坑而使器件失效。

  其次,由于在通常情况下光学元件内部的损伤阈值要比其表面的激光损伤阈值高很多,所以元件表面的激光功率密度也就决定了整个器件抗激光损伤的能力,尤其在脉冲工作的情况下更是如此。这时可以通过光学变换的方法设法使光学元件表面的光斑面积扩大的方法来提高损伤阈值,例如扩芯光纤方法以及扩束透镜光纤方法等就是利用这个原理工作的,或者通过激光脉冲展宽的方法变相地降低激光功率密度,通过避免激光能量在空间和时间上的集中能够有效地提高产品的抗激光损伤性能。

  (2) 高功率器件的热影响及散热设计。因为高功率器件工作在较高的功率下,与低功率器件相比,更容易发热,不可避免地会受到温度上升的影响,所以器件的性能受到材料热特性以及散热设计的影响比较严重。通常旋光晶体的旋光特性容易受到温度的影响,如果在器件工作时由于所吸收激光能量的积累而导致内部温度出现较大上升,就会使得旋光晶体对光偏振面的旋转角度偏离正常值而导致性能明显下降,严重时甚至会导致器件损坏;

  另外,永磁体在高温下工作也更容易发生磁场减弱和退磁现象,甚至出现磁场的不可逆损失,所以高温对永磁体的稳定工作也是不利的;而且,在特高光功率的情况下,光学元件的温度会出现较大上升,由于热量从内部向表面传递,其内部的温度必然高于其表面的温度,这样就会在光学元件内部出现温度梯度和热应力,导致光束横截面内部中心的折射率和边缘的折射率变化幅度不同,从而出现折射率差,也就是出现了类透镜效应,这将会改变光束的传播特性,导致光束质量严重下降,严重影响器件正常工作甚至导致损坏。

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