当光束在存在轴向磁场的情况下穿过材料时,法拉第效应会导致光偏振面发生旋转。这种效果类似于光线穿过光学活性材料(如石英)时产生的效果。然而,这种效果与光学活动不同,因为旋转角度的意义不依赖于通过介质的传播方向。
以一种方式通过介质的光将被观察者视为其偏振轴例如顺时针旋转了一个角度。但是,如果光通过同一介质向后反射回来,则同一观察者会再次看到光偏振轴旋转一个额外的、相等的顺时针角度(而在光学活性介质中,光会先顺时针旋转,然后再旋转一个相等的角度)逆时针旋转恢复到原来的状态)。表现出这种行为的装置称为法拉第旋光器。
实用设备的基本设计是使用一根光学材料棒,放置在永磁体产生的轴向磁场中,通常是面对磁化环。可能会使用一些光学玻璃(例如 SF57 和因其维尔德常数而选择的特殊等级的玻璃),但我们只使用最高质量的单晶 TGG 。这为可见光到近红外区域提供了最高的 Verdet 常数,并提供高功率处理和低光学失真。
LEYSOP ltd制作法拉第隔离器,需要在旋转器上加一对偏振片,旋转角度为45°。旋转对于通过隔离器传回的反射器是附加的,在隔离器输入处的输入偏振态和反射偏振态之间产生 90° 的差异。因此,输入偏振器将抑制背向反射。需要一个输出偏振器来清除偏振状态,以便通过隔离器(见图)传输回来,从而确保良好的隔离,即使光在通过设备返回之前被去偏振。
法拉第效应很弱,即使在 TGG 中也是如此,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)强烈依赖于波长。在增加波长时,需要使用特别强的磁场才能实现 45° 旋转角。因此,我们的产品系列中有两种基本的隔离器设计。对于较短的波长,我们提供 FOI 5/57 设计。它使用永磁体的简单排列,因此比长波长模型 (FOI 5/711) 略小,后者使用特殊排列将磁场强度增加到获得 45° 所需的非常高的水平在 ~1µm 处旋转。5/57 隔离器可通过螺纹调整进行波长调谐,螺纹调整可调整 TGG 杆插入磁体组件的程度。此操作需要移除输入偏振器以允许接触杆(偏振器很容易重新安装到位)。
因为 LEYSOP ltd FOI 5/711 单元使用反向磁铁排列,所以它是通过增加或减少反向磁铁的间隔来调整的。这会改变固定 TGG 杆的中心区域的场强。整个外壳为此过程进行了调整(一个部分拧入另一个部分),我们再次建议在大多数情况下移除偏振器是明智的。一般而言,FOI 5/57 型号可以在大约 100-150nm 的波长范围内进行调谐,而 FOI 5/711 型号的调谐范围更受限制,在出厂设置波长的任一侧约为 5%。与其他制造商经常使用的方法相比,这种安排可能看起来很麻烦,在其他制造商中,只需旋转输出偏振器相对于输入的角度,即可针对不同波长调整设备。然而,在除 45° 以外的所有相对角度下,很容易看出输出偏振器在 TGG 棒之后与输入偏振平面的不对准将导致前向传输中的额外插入损耗,这可能相当可观。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加有效。
这就把我们带到了隔离的话题上。很容易指定一个设备将提供 >-40dB 的反向传播光隔离。但是,如果不指定条件,这是没有意义的。实用的规范应该告诉用户在“真实世界”条件下他或她可以期望实现什么。因此,对于我们的 5mm 孔径设备,我们引用了 >-30dB 隔离度的最小值,这将适用于直径高达 ~3.5mm 的光束以及在正常不受控制的实验室环境中遇到的典型温度范围内的光束。我们不喜欢搞“specmanship”,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,>-40dB 的数字是完全有可能实现的。