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法拉第磁旋光原理及產品應用
把磁光介質如水、鉛玻璃等放到磁場中,使光線平行于磁場方向通過介質時,入射的平面偏振光的振動方向就會發生旋轉,轉移角度的大小與磁光介質的性質、光程和磁場強度等因素有關。

磁光材料是激光、光電子學和正在發展的光子學中所用多種磁光效應器件使用的磁性材料。對磁光材料的磁特性要求主要是:
(1)高的磁光效應,如高的法拉第磁光旋轉角和克爾磁光旋轉角,
(2)低的磁光損耗,
(3)寬的磁光效應頻帶,
(4)高的穩定性.

法拉第光旋轉器
是一種“非互易”的光學器件,它可以將同一波長的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一方向旋轉同一角度,而與光束傳播方向無關。把一個可將入射光束偏振面旋轉45度的法拉第光旋轉器置於一對彼此呈45度交叉放置的偏振器之間,則可構成一臺光隔離器,它只允許正向傳播的光束通過該系統,而將反向傳播的光束阻斷(在有些應用中,第二個偏振器可以省掉)。

法拉第光旋轉器由磁光材料、磁體及調整機構等幾個主要部分構成。在可見光及近紅外波段大功率激光,目前最常用的磁光材料是摻鋱玻璃等,它具有較高的 Verdet常數(磁光材料的重要參數,表明單位長度的磁光材料,在單位磁場下的偏振的旋轉角)和透過率,以及良好的機械、物理、光學性能,從而可以製造出小體積、高性能的光旋轉器。磁體用來在磁光材料所在空間產生儘量強的軸向磁場,使磁光材料產生儘量大的穩定的偏振的旋轉角度。目前多採用高性能永磁體NdFeB製作。永磁型的光旋轉器較脈衝電磁鐵式磁體可大大減小體積重量,省卻水冷系統,減小電磁干擾及震動、噪聲,不需同步調整,方便使用。


光隔離器
是一種只允許光沿一個方向通過,基於法拉第旋轉的非互易性工作原理的光無源器件。
 
光隔離器的工作原理和結構組成
光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應。法拉第效應是法拉第在1845年首先觀察到不具有旋光性的材料在磁場作用下使通過該物質的光的偏振方向發生旋轉,也稱磁致旋光效應。沿磁場方向傳輸的偏振光,其偏振方向旋轉角度 θ 和磁場強度B與材料長度L的乘積成比例。
 
對於正向入射光,通過起偏器后成為線偏振光,法拉弟旋磁介質與外磁場一起使光的偏振方向右旋45度,並恰好使低損耗通過與起偏器成45度放置的檢偏器。對於反向光,出檢偏器的線偏振光經過磁光介質介質時,偏轉方向也右旋轉45度,從而使反向光的偏振方向與起偏器方向正交,完全阻斷了反射光的傳輸。
 
光隔離器的作用   
為防止光路中由於各種原因產生的后向傳輸光對光源以及光路系統產生的不良影響, 通常被用在光路中避免回波對光源,泵浦源以及其他發光器件造成的干擾和損害。例如,在半導體激光源和光傳輸系統之間安裝一個光隔離器,可以在很大程度上減少反射光對光源的光譜輸出功率穩定性產生的不良影響。在高速直接調製、直接檢測光系統中,后向傳輸光會產生附加噪聲,使系統的性能劣化,需要光隔離器來消除。在光放大器兩端裝上光隔離器,可以提高光放大器的工作穩定性,如果沒有它,后向反射光將進入信號源(激光器)中,引起信號源的劇烈波動。在相幹光長距離光纖通信系統中,每隔一段距離安裝一個光隔離器,可以減少受激布里淵散射引起的功率損失。

在激光、光信息處理和各種測量系統中,都需要有一個穩定的光源,由於系統中不同器件的聯接處往往會反射一部分光,一旦這些反射光進入激光源的腔體,會使激光輸出不穩定,從而影響了整個系統的正常工作。磁光隔離器就是專為解決這一問題而發展起來的一種磁光非互易器件。它能使正向傳輸的光無阻擋地通過,而全部排除從光功能器件接點處反射回來的光,從而有效地消除了激光源的噪聲。

法拉第磁光旋轉器/磁光隔離器廣氾應用於各種激光系統中,如大功率激光器,多級激光放大器,光參量振盪器,環形激光器,摻餌光纖放大器,種子注入型激光器等。

總之,凡需要避免有害反射光的場合,如激光器的保護、避免光學損傷、光學系統不穩定等,都需要使用法拉第磁光旋轉器或磁光隔離器加以解決。


因此,光隔離器在光傳輸,光通信、光信息處理系統、光纖傳感以及精密光學測量系統中具有重要的作用。
 
光隔離器的類型    
光隔離器按偏振相關性分為兩種:偏振相關型和偏振無關型,前者又稱為自由空間型(Freespace),因兩端無光纖輸入輸出;後者又稱為在線型(in-Line),因兩端有光纖輸入輸出。
 
自由空間型光隔離器一般用於半導體激光器中,因為半導體激光器發出的光具有極高的線性度,因而可以採用這種偏振相關的光隔離器而享有低成本的優勢;在通信線路或者 EDFA 中,一般採用在線型光隔離器,因為線路上的光偏振特性非常不穩定,要求器件有較小的偏振相關損耗。


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