leysop法拉第旋转器、leysop法拉第隔离器

leysop法拉第旋转器leysop法拉第隔离器

法拉第效应(磁致旋光效应)是指当光束在轴向磁场存在的情况下通过某种材料时,其偏振面会发生旋转的物理现象。该效应与光线通过石英等旋光性物质时产生的现象类似,但其本质区别在于:法拉第效应的旋转方向与光波传播方向无关。

举例说明:当光线单向通过磁光介质时,观察者会看到偏振轴发生顺时针旋转;若光线被反射后再次通过同一介质,观察者将看到偏振轴继续叠加相同的顺时针旋转(而在旋光性介质中,光线会先顺时针旋转再逆时针等角度旋转恢复初始状态)。具有这种特性的器件称为法拉第旋转器。

实际器件的基本设计采用光学材料棒(置于永磁体产生的轴向磁场中,通常为端面磁化的环形磁体)。虽然某些光学玻璃(如SF57及根据维尔德常数优选的特种玻璃)也可使用,但我们仅采用最高品质的单晶铽镓石榴石(TGG)。这种材料在可见光至近红外区域具有最高的维尔德常数,并能实现高功率承载与低光学畸变。

法拉第隔离器工作原理示意图
构建法拉第隔离器需在旋转器基础上添加一对偏振片,并将旋转角度设定为45°。反射光再次通过隔离器时旋转角度会叠加,使得输入光与反射光在隔离器入口处的偏振态产生90°差异,从而被输入偏振片阻挡。输出偏振片则用于净化返回光线的偏振态(见图示),确保即使光线在返回过程中发生退偏振仍能维持良好的隔离效果。

即便使用TGG晶体,法拉第效应仍较微弱,因此需要强磁场。由于维尔德常数(性能指标参数)与波长密切相关,该效应还具有波长敏感性。波长越长,为实现45°旋转角所需的磁场强度就越高。为此我们提供两种基本设计:针对短波长的FOI 5/57型采用常规永磁体排列,体积略小于长波长型号;而FOI 5/711型采用特殊磁体排列以产生超高强度磁场,满足在约1µm波长实现45°旋转的要求。5/57型可通过螺纹调节TGG棒插入磁组件的深度来调谐波长(需卸下输入偏振片进行操作,重新安装简便)。

FOI 5/711型采用对向磁体排列,通过调整磁极间距改变TGG棒固定区域的磁场强度。整个外壳通过螺纹机构进行调节,同样建议操作时移除偏振片。一般而言,FOI 5/57型可调谐约100-150nm波长范围,而FOI 5/711型只能在出厂设定波长±5%范围内调节。相比其他厂商常用的旋转输出偏振片角度的调谐方式,我们的方法虽显繁琐,但能避免非45°对准导致的附加插入损耗,更有效提升系统正向/反向波的相对对比度。

关于隔离度指标:宣称器件能提供>-40dB反向光隔离度很容易,但若无条件说明则毫无意义。我们为5mm孔径器件标注>-30dB的最低保证值,适用于光束直径≤3.5mm且在常规无温控实验室环境下的温度波动范围。不参与”参数竞赛”而提供更现实的指标是我们的原则——当然在精心调试和温控下>-40dB完全可实现。

偏振片可作为整体组件安装于隔离器。标准配置为自主研发的优异格兰-泰勒型方解石偏振器,也可根据需求安装其他类型或单独提供旋转器单元。

产品规格
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 | 三段调谐范围:500-750/750-850/800-900 | 固定波长±5°旋转
尺寸(mm)
不含偏振片 | Φ60×58 | Φ75×75
含偏振片 | Φ60×100 | Φ75×120

另可提供8mm孔径型号(如FOI-8/57和FOI-8/711),但TGG晶体成本随直径小幅增加而显著上升,且需配备更大更重磁体,故价格高于小孔径型号。

钛宝石宽带旋转器/隔离器
上述可调谐隔离器适合固定波长或偶尔需要波长调整的应用。但对于染料激光器、钛宝石等振动模态激光器的宽带快速调谐需求,传统调整方式效率低下。为此我们推出新型宽带器件:在TGG棒基础上加入石英旋光片,使输出偏振相对输入恒定保持90°。更重要的是,这种组合能在700-900nm(钛宝石激光典型波段)宽带范围内维持>27dB隔离度,无需重复调校。代价是波段内透射率因复合旋转与输出偏振片匹配度变化而略有波动,价格与可调谐型号相当。

超宽调谐法拉第隔离器
为满足日益增长的宽带需求,我们基于FOI5/57设计推出新型号:采用加长TGG棒与强化磁组件扩展工作波长上限,并配备创新的螺旋式调谐机构(见图)。该装置通过纯平移(非旋转)精密调节TGG棒位置,可在单台设备中实现650-1,100nm超宽波长范围的优化隔离。