光是一定波段范圍的電磁波，電磁波中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度B的振動(dòng)方向都與電磁波傳播方向垂直。光波的感光作用和生理作用等主要是由電場(chǎng)強(qiáng)度E引起的，因此，常將E的振動(dòng)稱為光振動(dòng)，E的振動(dòng)方向?yàn)楣馐噶康姆较颉?/span>

圖1電磁波振動(dòng)方向

      就偏振性而言，光一般可分為偏振光、自然光和部分偏振光。光矢量的方向和大小有規(guī)則變化的光稱為偏振光。在傳播過程中，光矢量的方向不變，其大小隨相位變化的光是線偏振光，在垂直于傳播方向的平面上，光矢量端點(diǎn)的軌跡是一直線；圓偏振光在傳播過程中，其矢量的大小不變，方向規(guī)則變化，其端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓；橢圓偏振光的光矢量的大小和方向在傳播過程中均成規(guī)則變化，光矢量端點(diǎn)沿橢圓軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 (a)線偏振光        (b)圓偏振光        (c)橢圓偏振光

      自然光可以看成是在一切可能方位上振動(dòng)的光波的總和，即在觀察時(shí)間內(nèi)，光矢量在各個(gè)方向上的振動(dòng)幾率和大小相同。自然光在傳播過程中，由于外界的影響，造成各個(gè)振動(dòng)方向上的強(qiáng)度不等，這種光叫做部分偏振光。

圖3 (a)自然光            (b)部分偏振光

      對(duì)于某些晶體，當(dāng)入射平行線偏振光在晶體中沿著光軸方向傳播時(shí)，線偏振光的光矢量隨傳播距離逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象。

      可以發(fā)生旋光的物質(zhì)可以是雙折射晶體（如石英、酒石酸等）、各向同性晶體（如砂糖晶體、氯化鈉晶體等）和液體（如砂糖溶液、松節(jié)油等）。

      在固有旋光材料中，光矢量的旋轉(zhuǎn)方向取決于光的傳播方向，即如果光束沿原來的光路返回，其振動(dòng)面將轉(zhuǎn)回到初始位置。

圖4 旋光現(xiàn)象

      法拉第效應(yīng)也稱為磁致旋光效應(yīng)，是磁光效應(yīng)的一種。所謂磁光效應(yīng)，即指在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。法拉第效應(yīng)是指在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，本來不具有旋光性的物質(zhì)產(chǎn)生了旋光性，即線偏振光通過加有外磁場(chǎng)的物質(zhì)時(shí)，其光矢量發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。

圖5 法拉第效應(yīng)

      如圖5所示，將玻璃棒放進(jìn)螺旋管的磁場(chǎng)中，并置于正交偏振器P、A之間，使光束順著磁場(chǎng)方向通過玻璃樣品，此時(shí)檢偏器A能接收到通過樣品的光。入射光矢量旋轉(zhuǎn)的角度θ與沿著光傳播方向作用在非磁性物質(zhì)上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B及光在磁場(chǎng)中所通過的物質(zhì)厚度l成正比，即

θ=VBl

      其中，V是物質(zhì)常數(shù)，稱為維爾德（Verdet）常數(shù)，它與波長(zhǎng)有關(guān)，且非常接近該材料的吸收諧振，故不同的波長(zhǎng)應(yīng)選取不同的材料。

從偏振特性的角度來說，磁光材料引起的光偏振方向僅取決于外加磁場(chǎng)的方向，而與光的傳播方向無關(guān)。也即它可以將正向入射光和反向入射光的偏振面都向同一方向旋轉(zhuǎn)同一角度，而與傳輸方向無關(guān)，所以法拉第效應(yīng)具有非互易性，這與材料的固有旋光效應(yīng)不同。

      法拉第旋轉(zhuǎn)器是一種利用法拉第效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光的偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的裝置，它在飽和磁場(chǎng)作用下對(duì)特定波長(zhǎng)的光產(chǎn)生45°的旋轉(zhuǎn)角。主要由磁光材料和永磁材料兩部分構(gòu)成，工作原理見上述圖5。

      在可見光及近紅外波段常用的磁光材料主要有釔鐵石榴石（YIG晶體）、鋱鎵石榴石（TGG晶體）、摻鋱玻璃和鉍（Bi）摻雜的石榴石晶體等；

      磁光材料發(fā)生旋光效應(yīng)所需的磁場(chǎng)通常由永磁體提供。磁體要求在磁光材料所在空間內(nèi)產(chǎn)生盡量強(qiáng)的軸向磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)材料產(chǎn)生盡量大的穩(wěn)定的偏振旋轉(zhuǎn)角度，常用材料為釤鈷（Sm-Co）材料和釹鐵硼（NdFeB）材料。

圖7 自由空間隔離器工作原理

      如圖7(a)所示，P、A為偏振器，其透光軸互成45°角，F(xiàn)-R為旋轉(zhuǎn)片，線偏振光光矢量經(jīng)過旋轉(zhuǎn)片后旋轉(zhuǎn)45°，這時(shí)從左向右傳輸?shù)墓饪梢酝ㄟ^A出射，而從右到左的反向傳輸光經(jīng)過A和旋轉(zhuǎn)片F(xiàn)-R后，因?yàn)榇艌?chǎng)的大小和方向不變，所以光矢量的振動(dòng)方向又同向轉(zhuǎn)過45°，正好與偏振片P的透光軸方向垂直，見圖7(b)，因而不能通過P，反向傳輸光被阻擋。

      法拉第旋轉(zhuǎn)器和自由空間隔離器主要用在激光系統(tǒng)中，和常見的激光反射鏡、激光透鏡等器件一樣，在選用合適產(chǎn)品時(shí)，需要關(guān)注激光損傷閾值、所能承受的光功率大小、透過率、衰減等參數(shù)，另外，應(yīng)關(guān)注自由空間隔離器2個(gè)重要的光學(xué)指標(biāo)，分別是插入損耗和隔離度。

      光隔離器的插入損耗是光隔離器正向接入時(shí)，輸出光功率與輸入光功率的比率，以dB為單位。假設(shè)光隔離器的正向輸入光功率為P_1正，輸出光功率為P_2正，則其計(jì)算公式為：

      影響插入損耗的因素有材料的固有吸收、各端面的回返損耗、雙折射晶體和法拉第旋轉(zhuǎn)器的角度誤差、消光比及透鏡的耦合損耗等。

      反向隔離度是光隔離器最重要的指標(biāo)之一，它表征光隔離器對(duì)反向傳輸光的隔離能力。將光隔離器反向接入，假設(shè)光隔離器反向輸入光功率為P_1反，輸出光功率為P_2反，則光隔離器的隔離度計(jì)算公式為：

      聯(lián)合光科推出了波長(zhǎng)為532nm、1064nm的法拉第旋轉(zhuǎn)器和自由空間隔離器，產(chǎn)品具有高功率、高透過率、高激光損傷閾值等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品詳情見下表，我們也提供該類產(chǎn)品的定制服務(wù)。

法拉第旋轉(zhuǎn)器

自由空間隔離器