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英国Leysop FOI-5/57 、 FOI-5/711法拉第旋光器和隔离器
Faraday Optical Rotators and Isolators
为了防止背反射
当光束在存在轴向磁场的情况下穿过材料时，法拉第效应引起光偏振面的旋转。这种效应类似于光线穿过石英等光学活性材料时产生的效应。然而，该效应不同于旋光性，因为旋转角度的意义不依赖于通过介质的传播方向。 观察者将看到以一种方式穿过介质的光的偏振轴例如顺时针旋转了一个角度。然而，如果光通过相同的介质向后反射，则相同的观察者将再次看到光偏振轴旋转了额外的相等的顺时针角度(而在旋光性介质中，光将首先经历顺时针旋转，然后经历相等的逆时针旋转，使其返回到其原始状态)。表现出这种特性的装置叫做法拉第旋转器。 实际设备的基本设计是使用一根光学材料棒，放置在由永磁体产生的轴向磁场中，通常面对磁化圆环。可以使用一些光学玻璃(例如SF57和根据维尔德常数选择的特殊等级的玻璃)，但是我们只使用最高质量的单晶TGG(铽镓石榴石)。这为可见至近红外区域提供了最高的维尔德常数，并提供了具有低光学失真的高功率处理。
为了制造法拉第隔离器，需要在旋转器上增加一对偏振器，并将旋转角度设置为45°。对于通过隔离器返回的反射器，旋转是附加的，在隔离器的输入端，输入偏振态和反射偏振态之间存在90°的差异。因此，输入偏振器将拒绝背反射。输出起偏器是必要的，以清除通过隔离器传输回来的偏振态(见图)，从而确保良好的隔离，即使光在通过器件返回之前已经去偏振。 即使在TGG，法拉第效应也很弱，因此需要强磁场。它也是波长敏感的，因为费尔德常数(它提供了一种品质因数)强烈地依赖于波长。随着波长的增加，需要使用特别强的磁场来实现45°的旋转角。因此，我们的隔离器系列有两种基本设计。对于较短的波长，我们提供FOI 5/57设计。这使用了简单的永久磁铁排列，因此，比较长波长模型(FOI 5/711)略小，在较长波长模型中，使用特殊排列将磁场强度增加到在约1米处获得45°旋转所需的非常高的水平。5/57隔离器是波长可调的，通过螺纹调节来调节TGG棒插入磁体组件的程度。该操作需要拆除输入偏振器，以便接近棒(偏振器很容易重新安装到位)。 因为FOI 5/711装置使用了相反的磁铁排列，所以通过增加或减少相反磁铁的间距来调整。这改变了固定TGG棒的中心区域的场强。整个外壳为此过程进行调整(一部分拧入另一部分)，我们再次建议，在大多数情况下，拆除偏振镜是明智的。一般来说，FOI 5/57型号可以在大约100-150纳米的波长范围内调谐，而FOI 5/711型号具有更受限制的调谐范围，在工厂设定波长的任一侧大约5%。与其他制造商经常使用的方法相比，这种布置可能看起来很麻烦，在其他制造商的方法中，仅通过旋转输出偏振器相对于输入偏振器的角度，就可以针对不同的波长调谐设备。然而，在除45°之外的所有相对角度，很容易看出，在TGG棒之后，输出偏振器与输入偏振平面的不对准将在正向传输中引起相当大的附加插入损耗。因此，我们在不增加插入损耗的情况下获得真正调谐的方法在增加系统中前向波和后向波之间的相对对比度方面更有效。 这就把我们带到了隔离的主题。很容易确定一个器件将对反向传播的光提供>-40dB的隔离。但是，如果不指定条件，这是没有意义的。一份实用的说明书应该告诉用户在“真实世界”的条件下他或她能期望达到什么。因此，对于我们的5毫米孔径设备，我们引用了>-30dB隔离的最小值，这将适用于直径高达～3.5毫米的光束，以及在正常的非受控实验室环境中遇到的典型温度范围。我们不喜欢搞“表演”，所以更喜欢引用这个更现实的数字。当然，通过精心设置和温度控制，完全有可能实现>-40dB的数字。 可以提供输入和输出偏振器，并安装在隔离器上，形成一个完整的系统。我们提供标准的我们自己的优秀格兰-泰勒公司如果需要完整的隔离器，请使用方解石型偏振镜，尽管我们很乐意根据要求安装其他类型的偏振镜，或者只在需要时提供旋转器。
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| 模型 | FOI-5/57 | FOI-5/711 |
| 孔径(毫米) | 5 | 5 |
| 波长(纳米) | 500 – 900 | 900 – 1100 |
| 隔离(db) | > 30 | > 30 |
| 插入损耗(分贝) | < 0.5 | < 0.5 |
| 音调美的 | 三个范围 500 – 750、750 – 850和800-900 | 5围绕固定波长旋转 |
| 尺寸(毫米) | ||
| 排除偏振镜 | 60直径x 58长 | 75直径x 75长 |
| 用偏光镜 | 60直径x 100长 | 75直径x 120长 |
除了上述5毫米光圈单元，我们还可以根据要求提供8毫米光圈(如FOI-8/57和FOI-8/711)。请注意，虽然较大的TGG棒的成本明显较高，但这种较小的直径增加也需要更大更重的磁体。因此，这些旋转器/隔离器的成本略高于较小孔径的型号。
钛宝石宽带旋转器/隔离器
如上所述，我们的可调谐隔离器非常适合固定波长操作，或者当源波长发生变化时，在两次实验之间仅需要偶尔调整。然而，进行这些调整相对耗时，并且在使用宽带或快速可调光源(例如染料激光器或新型振动模式激光器之一，例如Ti:蓝宝石)的情况下不方便。如果系统中的法拉第隔离器需要从工作台/设备上移除并离线设置以获得最佳性能，那么拥有一个可以在几秒钟内调谐到不同波长的激光源就没有多大意义。这就是我们新的宽带设备发挥作用的地方。 除了TGG棒之外，通过将无源光学元件(石英旋转板)插入到设备中，这两个部件的组合是一个隔离器，其中输出偏振现在相对于输入处于更方便的90°角。更重要的是，它可以显示单元的隔离现在保持在宽的带宽上，而不是仅仅在一个波长上。我们的宽带隔离器设计用于非常重要的钛宝石激光源通常覆盖的波长范围，即700纳米至900纳米。在此范围内，隔离应保持在27dB以上，无需任何重新调谐。由于法拉第棒和石英旋转器的组合旋转使输出偏振轴与输出偏振器的优选轴匹配的程度不同，所以要付出的代价很小，因为整个波段上的透射不均匀。 这种宽带隔离器(或旋转器，如果你喜欢)的价格与波长可调单元非常相似。如果您希望讨论该装置如何改进您的光学系统，或者寻找替代波长选项，请随时联系我们。
超宽调谐范围法拉第隔离器
为了响应客户对具有越来越宽调谐范围的隔离器的需求(在所有这些新来源出现之前，美国制造商要容易得多！)我们介绍了一种新设计的隔离器。这是基于我们的FOI5/57设计，但使用了比普通TGG棒稍长、强度更大的磁体组件，以增加最大工作波长，更重要的是，使用了新的更方便的波长调谐组件。
上面的照片显示了该设备在调谐范围的两个极端。它还清楚地示出了螺旋调谐机构，该机构产生TGG棒到磁体组件中的纯平移，而没有棒的旋转或偏振器的相对取向的改变。调谐机制非常平滑，允许非常精确地调整调谐，以在650-1，100纳米的异常宽的波长范围内最大化隔离，所有这些都在一个器件中。
