當光束在存在軸向磁場的情況下穿過材料時,法拉第效應會導致光偏振面發生旋轉。這種效果類似于光線穿過光學活性材料(如石英)時產生的效果。然而,這種效果與光學活動不同,因為旋轉角度的意義不依賴于通過介質的傳播方向。
以一種方式通過介質的光將被觀察者視為其偏振軸例如順時針旋轉了一個角度。但是,如果光通過同一介質向后反射回來,則同一觀察者會再次看到光偏振軸旋轉一個額外的、相等的順時針角度(而在光學活性介質中,光會先順時針旋轉,然后再旋轉一個相等的角度)逆時針旋轉恢復到原來的狀態)。表現出這種行為的裝置稱為法拉第旋光器。
實用設備的基本設計是使用一根光學材料棒,放置在永磁體產生的軸向磁場中,通常是面對磁化環。可能會使用一些光學玻璃(例如 SF57 和因其維爾德常數而選擇的特殊等級的玻璃),但我們只使用最高質量的單晶 TGG 。這為可見光到近紅外區域提供了最高的 Verdet 常數,并提供高功率處理和低光學失真。
LEYSOP ltd制作法拉第隔離器,需要在旋轉器上加一對偏振片,旋轉角度為45°。旋轉對于通過隔離器傳回的反射器是附加的,在隔離器輸入處的輸入偏振態和反射偏振態之間產生 90° 的差異。因此,輸入偏振器將抑制背向反射。需要一個輸出偏振器來清除偏振狀態,以便通過隔離器(見圖)傳輸回來,從而確保良好的隔離,即使光在通過設備返回之前被去偏振。
法拉第效應很弱,即使在 TGG 中也是如此,因此需要強磁場。它也是波長敏感的,因為費爾德常數(它提供了一種品質因數)強烈依賴于波長。在增加波長時,需要使用特別強的磁場才能實現 45° 旋轉角。因此,我們的產品系列中有兩種基本的隔離器設計。對于較短的波長,我們提供 FOI 5/57 設計。它使用永磁體的簡單排列,因此比長波長模型 (FOI 5/711) 略小,后者使用特殊排列將磁場強度增加到獲得 45° 所需的非常高的水平在 ~1μm 處旋轉。5/57 隔離器可通過螺紋調整進行波長調諧,螺紋調整可調整 TGG 桿插入磁體組件的程度。此操作需要移除輸入偏振器以允許接觸桿(偏振器很容易重新安裝到位)。
因為 LEYSOP ltd FOI 5/711 單元使用反向磁鐵排列,所以它是通過增加或減少反向磁鐵的間隔來調整的。這會改變固定 TGG 桿的中心區域的場強。整個外殼為此過程進行了調整(一個部分擰入另一個部分),我們再次建議在大多數情況下移除偏振器是明智的。一般而言,FOI 5/57 型號可以在大約 100-150nm 的波長范圍內進行調諧,而 FOI 5/711 型號的調諧范圍更受限制,在出廠設置波長的任一側約為 5%。與其他制造商經常使用的方法相比,這種安排可能看起來很麻煩,在其他制造商中,只需旋轉輸出偏振器相對于輸入的角度,即可針對不同波長調整設備。然而,在除 45° 以外的所有相對角度下,很容易看出輸出偏振器在 TGG 棒之后與輸入偏振平面的不對準將導致前向傳輸中的額外插入損耗,這可能相當可觀。因此,我們在不增加插入損耗的情況下獲得真正調諧的方法在增加系統中前向波和后向波之間的相對對比度方面更加有效。
這就把我們帶到了隔離的話題上。很容易指定一個設備將提供 >-40dB 的反向傳播光隔離。但是,如果不指定條件,這是沒有意義的。實用的規范應該告訴用戶在“真實世界”條件下他或她可以期望實現什么。因此,對于我們的 5mm 孔徑設備,我們引用了 >-30dB 隔離度的最小值,這將適用于直徑高達 ~3.5mm 的光束以及在正常不受控制的實驗室環境中遇到的典型溫度范圍內的光束。我們不喜歡搞“specmanship”,所以更喜歡引用這個更現實的數字。當然,通過精心設置和溫度控制,>-40dB 的數字是完全有可能實現的。