Chlazení a pozicování optických komponent pro Faradayův izolátor

0579327 - FZÚ 2024 RIV CZ cze L - Prototyp, funkční vzorek
Crha, Pavel - Vojna, David - Slezák, Ondřej
Chlazení a pozicování optických komponent pro Faradayův izolátor.
[Cooling and positioning of optical components for Faraday insulator.]
Interní kód: 26/HiLASE-2023 ; 2023
Technické parametry: Základní konstrukční díly jsou vyrobené z hliníkové slitiny EN AW 7021. Celková délka konstrukce je 476 mm. Připojovací příruba na Faradayův izolátor má průměr 285 mm. Základní tělo sestavy se skládá z CNC frézovaných dílů, které zajišťují, kromě uchycení krystalů, také přívod chladícího vzduchu a jeho rovnoměrné rozptýlení v průřezu kanálu. Tento celek, včetně přívodu a odvodu vzduchu, je připojen nosnou konstrukcí k seřizovacímu mechanismu. Připojení chladícího vzduchu je zajištěno rychlospojkami Festo. S ohledem na silné magnetické pole musí být spojovací materiál z nemagnetického materiálu – v tomto případě z mosazi.
Ekonomické parametry: Celková cena konstrukce cca 130 000 Kč.
Grant CEP: GA MŠMT EF15_006/0000674
Grant ostatní: OP VVV - HiLASE-CoE(XE) CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_006/0000674
Institucionální podpora: RVO:68378271
Klíčová slova: Faraday isolator * optomechanical mount * air cooling * high-average-power laser
Obor OECD: Optics (including laser optics and quantum optics)

Použití laserů pro experimenty s sebou nese riziko nežádoucích zpětných odrazů. Proto je potřeba systém chránit Faradayovým izolátorem, což je nereciproční zařízení, zajišťující jednosměrné šíření laserového paprsku směrem k experimentu. Klíčovými optickými komponentami zde uvažovaného izolátoru jsou dvě desky o rozměrech 69 x 69 x 3.6 mm3 vyrobené z krystalického terbium gallium granátu a jedna deska z krystalického křemene se stejně velkou aperturou. Optomechanický držák, který byl vyvinut pro tyto krystaly, musel: 1) umožnit přesné nastavení těchto krystalů uvnitř jádra 3.5 Tesla silného magnetu pro kolmý dopad pulzního laserového svazku (59 x 59 mm2) s průměrným výkonem 1 kW, 2) poskytnout dostatečné chlazení pro krystaly nuceným prouděním vzduchu s rychlostí až 36 m/s a 3) být z bezpečnostních důvodů vyroben z diamagnetických nebo jen slabě paramagnetických součástek.

The use of lasers for experiments carries the risk of undesirable back reflections, which may return from the experimental area back to the laser system. Therefore, it is needed to protect the system with a Faraday isolator, which is a nonreciprocal device ensuring the unidirectional propagation of the laser beam towards the experiment. The key optical components of the isolator under consideration here are two 69 x 69 x 3.6 mm3 slabs made of terbium gallium garnet crystal and one crystalline quartz slab with the same size aperture. The optomechanical mount that has been developed for these crystals needed to:1) allow a precise alignment of these crystals within the bore of 3.5 Tesla strong magnet for incidence with a 1 kW average power pulsed laser beam (59 x 59 mm2 ), 2)provide a sufficient cooling for the crystals by means of forced airflow with up to 36 m/s velocity 3)be manufactured from diamagnetic or just weakly paramagnetic components, for safety reasons.
Trvalý link: https://hdl.handle.net/11104/0348171