法拉第隔离器的构造与工作原理
要制作一个法拉第隔离器，需要在法拉第旋转器的基础上增加一对偏振片，并将旋转角度设置为 45°。由于法拉第效应的旋转方向与光的传播方向无关，反射光再次通过隔离器时，偏振方向会再旋转 45°，使得反射光的偏振方向与入射光相差 90°。因此，输入端的偏振片会阻挡反射光，从而实现光学隔离。
关键设计要点
- 偏振片的作用
- 输入偏振片：滤除反向反射光（隔离度关键）
- 输出偏振片：矫正输出光的偏振态，确保即使光在返回时发生退偏，仍能保持高隔离度。
- 法拉第效应的挑战
- 弱效应：即使在TGG（钆镓石榴石）晶体中，法拉第效应仍然较弱，需要 强磁场 才能实现 45° 旋转。
- 波长依赖性：费尔德常数（Verdet constant）随波长变化明显，长波长（如 ~1µm）需要更强的磁场。
两种基本隔离器设计
1. FOI 5/57（短波长型）
- 适用波长：较短波长（如可见光至近红外）
- 磁场结构：标准永磁体排列，结构较紧凑
- 波长调谐方式：
- 通过螺纹调节 TGG 棒在磁体中的插入深度
- 需临时移除输入偏振片（易于重新安装）
- 调谐范围：约 100-150nm
2. FOI 5/711（长波长型）
- 适用波长：近红外（如 1µm 附近）
- 磁场结构：采用 对向磁体排列，以增强中心磁场强度
- 波长调谐方式：
- 通过调整 对向磁体的间距 来改变磁场强度
- 整个外壳可旋转调节（无需更换部件）
- 调谐范围：约 出厂设定波长的 ±5%
为何不采用简单偏振片旋转调谐？
某些厂商通过旋转输出偏振片的角度来适应不同波长，但这会导致 额外的插入损耗（尤其在偏离 45° 时）。我们的方法 不增加正向损耗，确保更高的 反向隔离度。
隔离度（Isolation）的实际考量
- 理论值：可轻易标称 >40dB 反向隔离度，但实际使用中受光束尺寸、温度等因素影响。
- 我们的标称值：
- >30dB（适用于 5mm 孔径、光束直径 ≤3.5mm，普通实验室环境）
- >40dB（在精密调谐和温控条件下可实现）
我们更倾向于提供 真实可达到的性能指标，而非过度宣传理论值。
偏振片选项
- 标准配置：高精度 格兰-泰勒（Glan-Taylor）型方解石偏振片（集成于隔离器）
- 可选方案：
- 按需求更换其他类型偏振片
- 单独提供 法拉第旋转器单元（不带偏振片）
总结
我们的法拉第隔离器通过 精确的磁场设计 和 TGG 晶体优化，确保高隔离度、低插入损耗，并提供 可调谐波长 的灵活性。相比简单偏振片旋转方案，我们的方法 更稳定、损耗更低，适用于高功率激光系统及精密光学实验。
法拉第隔离器产品规格
| 参数 | FOI 5/57 法拉第隔离器 | FOI 5/711 法拉第隔离器 |
|---|---|---|
| 型号 | FOI-5/57 | FOI-5/711 |
| 通光孔径 (mm) | 5 | 5 |
| 波长范围 (nm) | 500 – 900 | 900 – 1100 |
| 隔离度 (dB) | > 30 | > 30 |
| 插入损耗 (dB) | < 0.5 | < 0.5 |
| 调谐方式 | 三段可调范围： 500-750、750-850、800-900 | 固定波长±5°旋转调谐 |
| 尺寸 (mm) | ||
| – 不含偏振片 | 直径60 × 长度58 | 直径75 × 长度75 |
| – 含偏振片 | 直径60 × 长度100 | 直径75 × 长度120 |
