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法拉第磁旋光原理及产品应用
把磁光介质如水、铅玻璃等放到磁场中,使光线平行于磁场方向通过介质时,入射的平面偏振光的振动方向就会发生旋转,转移角度的大小与磁光介质的性质、光程和磁场强度等因素有关。

磁光材料是激光、光电子学和正在发展的光子学中所用多种磁光效应器件使用的磁性材料。对磁光材料的磁特性要求主要是:
(1)高的磁光效应,如高的法拉第磁光旋转角和克尔磁光旋转角,
(2)低的磁光损耗,
(3)宽的磁光效应频带,
(4)高的稳定性.

法拉第光旋转器
是一种“非互易”的光学器件,它可以将同一波长的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一方向旋转同一角度,而与光束传播方向无关。把一个可将入射光束偏振面旋转45度的法拉第光旋转器置于一对彼此呈45度交叉放置的偏振器之间,则可构成一台光隔离器,它只允许正向传播的光束通过该系统,而将反向传播的光束阻断(在有些应用中,第二个偏振器可以省掉)。

法拉第光旋转器由磁光材料、磁体及调整机构等几个主要部分构成。在可见光及近红外波段大功率激光,目前最常用的磁光材料是掺铽玻璃等,它具有较高的 Verdet常数(磁光材料的重要参数,表明单位长度的磁光材料,在单位磁场下的偏振的旋转角)和透过率,以及良好的机械、物理、光学性能,从而可以制造出小体积、高性能的光旋转器。磁体用来在磁光材料所在空间产生尽量强的轴向磁场,使磁光材料产生尽量大的稳定的偏振的旋转角度。目前多采用高性能永磁体NdFeB制作。永磁型的光旋转器较脉冲电磁铁式磁体可大大减小体积重量,省却水冷系统,减小电磁干扰及震动、噪声,不需同步调整,方便使用。


光隔离器
是一种只允许光沿一个方向通过,基于法拉第旋转的非互易性工作原理的光无源器件。
 
光隔离器的工作原理和结构组成
光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转,也称磁致旋光效应。沿磁场方向传输的偏振光,其偏振方向旋转角度 θ 和磁场强度B与材料长度L的乘积成比例。
 
对于正向入射光,通过起偏器后成为线偏振光,法拉弟旋磁介质与外磁场一起使光的偏振方向右旋45度,并恰好使低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器。对于反向光,出检偏器的线偏振光经过磁光介质介质时,偏转方向也右旋转45度,从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交,完全阻断了反射光的传输。
 
光隔离器的作用   
为防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响, 通常被用在光路中避免回波对光源,泵浦源以及其他发光器件造成的干扰和损害。例如,在半导体激光源和光传输系统之间安装一个光隔离器,可以在很大程度上减少反射光对光源的光谱输出功率稳定性产生的不良影响。在高速直接调制、直接检测光系统中,后向传输光会产生附加噪声,使系统的性能劣化,需要光隔离器来消除。在光放大器两端装上光隔离器,可以提高光放大器的工作稳定性,如果没有它,后向反射光将进入信号源(激光器)中,引起信号源的剧烈波动。在相干光长距离光纤通信系统中,每隔一段距离安装一个光隔离器,可以减少受激布里渊散射引起的功率损失。

在激光、光信息处理和各种测量系统中,都需要有一个稳定的光源,由于系统中不同器件的联接处往往会反射一部分光,一旦这些反射光进入激光源的腔体,会使激光输出不稳定,从而影响了整个系统的正常工作。磁光隔离器就是专为解决这一问题而发展起来的一种磁光非互易器件。它能使正向传输的光无阻挡地通过,而全部排除从光功能器件接点处反射回来的光,从而有效地消除了激光源的噪声。

法拉第磁光旋转器/磁光隔离器广泛应用于各种激光系统中,如大功率激光器,多级激光放大器,光参量振荡器,环形激光器,掺饵光纤放大器,种子注入型激光器等。

总之,凡需要避免有害反射光的场合,如激光器的保护、避免光学损伤、光学系统不稳定等,都需要使用法拉第磁光旋转器或磁光隔离器加以解决。


因此,光隔离器在光传输,光通信、光信息处理系统、光纤传感以及精密光学测量系统中具有重要的作用。
 
光隔离器的类型    
光隔离器按偏振相关性分为两种:偏振相关型和偏振无关型,前者又称为自由空间型(Freespace),因两端无光纤输入输出;后者又称为在线型(in-Line),因两端有光纤输入输出。
 
自由空间型光隔离器一般用于半导体激光器中,因为半导体激光器发出的光具有极高的线性度,因而可以采用这种偏振相关的光隔离器而享有低成本的优势;在通信线路或者 EDFA 中,一般采用在线型光隔离器,因为线路上的光偏振特性非常不稳定,要求器件有较小的偏振相关损耗。


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