leysop法拉第旋轉(zhuǎn)器、leysop法拉第隔離器
法拉第效應(yīng)（磁致旋光效應(yīng)）是指當(dāng)光束在軸向磁場(chǎng)存在的情況下通過某種材料時(shí)，其偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物理現(xiàn)象。該效應(yīng)與光線通過石英等旋光性物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象類似，但其本質(zhì)區(qū)別在于：法拉第效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)方向與光波傳播方向無關(guān)。
舉例說明：當(dāng)光線單向通過磁光介質(zhì)時(shí)，觀察者會(huì)看到偏振軸發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；若光線被反射后再次通過同一介質(zhì)，觀察者將看到偏振軸繼續(xù)疊加相同的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（而在旋光性介質(zhì)中，光線會(huì)先順時(shí)針旋轉(zhuǎn)再逆時(shí)針等角度旋轉(zhuǎn)恢復(fù)初始狀態(tài)）。具有這種特性的器件稱為法拉第旋轉(zhuǎn)器。
實(shí)際器件的基本設(shè)計(jì)采用光學(xué)材料棒（置于永磁體產(chǎn)生的軸向磁場(chǎng)中，通常為端面磁化的環(huán)形磁體）。雖然某些光學(xué)玻璃（如SF57及根據(jù)維爾德常數(shù)優(yōu)選的特種玻璃）也可使用，但我們僅采用最高品質(zhì)的單晶鋱鎵石榴石（TGG）。這種材料在可見光至近紅外區(qū)域具有最高的維爾德常數(shù)，并能實(shí)現(xiàn)高功率承載與低光學(xué)畸變。
法拉第隔離器工作原理示意圖
構(gòu)建法拉第隔離器需在旋轉(zhuǎn)器基礎(chǔ)上添加一對(duì)偏振片，并將旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定為45°。反射光再次通過隔離器時(shí)旋轉(zhuǎn)角度會(huì)疊加，使得輸入光與反射光在隔離器入口處的偏振態(tài)產(chǎn)生90°差異，從而被輸入偏振片阻擋。輸出偏振片則用于凈化返回光線的偏振態(tài)（見圖示），確保即使光線在返回過程中發(fā)生退偏振仍能維持良好的隔離效果。
即便使用TGG晶體，法拉第效應(yīng)仍較微弱，因此需要強(qiáng)磁場(chǎng)。由于維爾德常數(shù)（性能指標(biāo)參數(shù)）與波長(zhǎng)密切相關(guān)，該效應(yīng)還具有波長(zhǎng)敏感性。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，為實(shí)現(xiàn)45°旋轉(zhuǎn)角所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度就越高。為此我們提供兩種基本設(shè)計(jì)：針對(duì)短波長(zhǎng)的FOI 5/57型采用常規(guī)永磁體排列，體積略小于長(zhǎng)波長(zhǎng)型號(hào)；而FOI 5/711型采用特殊磁體排列以產(chǎn)生超高強(qiáng)度磁場(chǎng)，滿足在約1μm波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)45°旋轉(zhuǎn)的要求。5/57型可通過螺紋調(diào)節(jié)TGG棒插入磁組件的深度來調(diào)諧波長(zhǎng)（需卸下輸入偏振片進(jìn)行操作，重新安裝簡(jiǎn)便）。
FOI 5/711型采用對(duì)向磁體排列，通過調(diào)整磁極間距改變TGG棒固定區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度。整個(gè)外殼通過螺紋機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同樣建議操作時(shí)移除偏振片。一般而言，F(xiàn)OI 5/57型可調(diào)諧約100-150nm波長(zhǎng)范圍，而FOI 5/711型只能在出廠設(shè)定波長(zhǎng)±5%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。相比其他廠商常用的旋轉(zhuǎn)輸出偏振片角度的調(diào)諧方式，我們的方法雖顯繁瑣，但能避免非45°對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致的附加插入損耗，更有效提升系統(tǒng)正向/反向波的相對(duì)對(duì)比度。
關(guān)于隔離度指標(biāo)：宣稱器件能提供＞-40dB反向光隔離度很容易，但若無條件說明則毫無意義。我們?yōu)?mm孔徑器件標(biāo)注＞-30dB的最低保證值，適用于光束直徑≤3.5mm且在常規(guī)無溫控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的溫度波動(dòng)范圍。不參與”參數(shù)競(jìng)賽”而提供更現(xiàn)實(shí)的指標(biāo)是我們的原則——當(dāng)然在精心調(diào)試和溫控下＞-40dB完全可實(shí)現(xiàn)。
偏振片可作為整體組件安裝于隔離器。標(biāo)準(zhǔn)配置為自主研發(fā)的優(yōu)異格蘭-泰勒型方解石偏振器，也可根據(jù)需求安裝其他類型或單獨(dú)提供旋轉(zhuǎn)器單元。
產(chǎn)品規(guī)格
FOI 5/57法拉第隔離器 | FOI 5/711法拉第隔離器
型號(hào) | FOI-5/57 | FOI-5/711
通光孔徑(mm) | 5 | 5
波長(zhǎng)范圍(nm) | 500-900 | 900-1100
隔離度(dB) | ＞30 | ＞30
插入損耗(dB) | ＜0.5 | ＜0.5
調(diào)諧方式 | 三段調(diào)諧范圍：500-750/750-850/800-900 | 固定波長(zhǎng)±5°旋轉(zhuǎn)
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孔徑型號(hào)（如FOI-8/57和FOI-8/711），但TGG晶體成本隨直徑小幅增加而顯著上升，且需配備更大更重磁體，故價(jià)格高于小孔徑型號(hào)。
鈦寶石寬帶旋轉(zhuǎn)器/隔離器
上述可調(diào)諧隔離器適合固定波長(zhǎng)或偶爾需要波長(zhǎng)調(diào)整的應(yīng)用。但對(duì)于染料激光器、鈦寶石等振動(dòng)模態(tài)激光器的寬帶快速調(diào)諧需求，傳統(tǒng)調(diào)整方式效率低下。為此我們推出新型寬帶器件：在TGG棒基礎(chǔ)上加入石英旋光片，使輸出偏振相對(duì)輸入恒定保持90°。更重要的是，這種組合能在700-900nm（鈦寶石激光典型波段）寬帶范圍內(nèi)維持＞27dB隔離度，無需重復(fù)調(diào)校。代價(jià)是波段內(nèi)透射率因復(fù)合旋轉(zhuǎn)與輸出偏振片匹配度變化而略有波動(dòng)，價(jià)格與可調(diào)諧型號(hào)相當(dāng)。
超寬調(diào)諧法拉第隔離器
為滿足日益增長(zhǎng)的寬帶需求，我們基于FOI5/57設(shè)計(jì)推出新型號(hào)：采用加長(zhǎng)TGG棒與強(qiáng)化磁組件擴(kuò)展工作波長(zhǎng)上限，并配備創(chuàng)新的螺旋式調(diào)諧機(jī)構(gòu)（見圖）。該裝置通過純平移（非旋轉(zhuǎn)）精密調(diào)節(jié)TGG棒位置，可在單臺(tái)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)650-1,100nm超寬波長(zhǎng)范圍的優(yōu)化隔離。