英国Leysop高稳定性法拉第旋转器与法拉第隔离器，500-1100nm的可调谐法拉第隔离器

法拉第旋转器和法拉第隔离器基于法拉第效应，能够实现非互易的偏振旋转，有效阻挡光路中的回返光，从而保护激光器系统。英国Leysop公司生产的法拉第旋转器与隔离器采用单晶TGG材料，该材料具有高维尔德常数，制成的TGG法拉第隔离器具备低插入损耗和高隔离度等优点。其可调谐型号覆盖500–900nm和900–1100nm波段，并提供700–900nm的宽带版本以及650–1100nm的超宽带可调版本。这些宽带光隔离器适用于钛宝石激光器及多种高功率激光系统，在科研和工业光学领域有广泛应用。

法拉第隔离器工作原理

要构成法拉第隔离器，需要在法拉第旋光器两端加装一对偏振器，并将旋转角度设定为45°。反射光返回穿过隔离器时，偏振旋转量会叠加，使隔离器输入端的入射光与反射光偏振态相差90°，因此输入偏振器会抑制回返光。输出偏振器用于校正偏振态，确保光返回穿过器件时仍能实现良好隔离（见下图），即使返回光在穿过器件前已发生退偏振。

即使在TGG晶体中，法拉第效应仍然较弱，因此需要强磁场。同时该效应具有波长依赖性，因为维尔德常数（相当于品质因数）随波长变化显著。波长越长，越需要更强的磁场才能实现45°旋转。因此英格兰Leysop的TGG法拉第隔离器产品系列中有两种基本结构：短波长波段TGG法拉第隔离器FOI-5/57采用简易永磁体排布结构，体积略小；长波长型号TGG法拉第隔离器FOI-5/711采用特殊磁路结构，以增强磁场强度，满足在1μm附近实现45°旋转的要求。

FOI-5/57可调谐法拉第隔离器可通过螺纹结构调节TGG棒插入磁体组件的深度，实现波长调谐。操作时需拆下输入偏振器以接触晶体，重新安装也较为简便。

FOI-5/711可调谐法拉第隔离器采用对置磁体结构，通过增大或减小对置磁体间距进行调节，以改变TGG棒所在中心区域的磁场强度。调节时需旋转整个外壳，多数情况下建议拆下偏振器。通常FOI-5/57的调谐波长范围约为100–150nm，而FOI-5/711的调谐范围相对较窄，约为出厂标定波长的±5%。

与其他厂商常用的仅通过旋转输出偏振器相对输入偏振器角度实现波长调谐的方式相比，本结构看似繁琐。但实际上，除45°外的任何相对角度，都会使输出偏振器与经过TGG棒后的入射偏振面不匹配，导致正向传输产生显著附加插入损耗。英格兰Leysop采用的真调谐方式不会增加插入损耗，能更有效地提升系统中正向与反向光的相对对比度。

法拉第隔离器/法拉第旋光器原理及产品介绍

法拉第效应是指光束在轴向磁场作用下穿过某种材料时，会使光的偏振面发生旋转。该效应与光线穿过石英等旋光材料时的现象相似，但与旋光性不同的是，其偏振旋转方向与光在介质中的传播方向无关。

例如，光线单向穿过介质时，观察者会看到其偏振轴向顺时针旋转一定角度。而若光线被反射并沿原路返回穿过同一介质，同一观察者会再次看到偏振轴沿顺时针方向再旋转一个相同角度（而在旋光材料中，光线会先顺时针旋转、再逆时针旋转相同角度，最终回到初始偏振状态）。具有这一特性的器件称为法拉第旋转器。

实用型器件的基本结构是：将一根光学材料棒置于永磁体（通常为端面磁化的环形磁体）产生的轴向磁场中。可使用部分光学玻璃（如SF57以及根据维尔德常数精选的特种玻璃），但英格兰Leysop法拉第旋转器仅采用最高品质的单晶TGG（铽镓石榴石）。该材料在可见光至近红外波段具有最高的维尔德常数，能够承受高功率且光学畸变极低。

隔离度指标

要实现标称器件反向隔离度大于40dB并不困难，但不注明使用条件则无实际意义。实用指标应告知用户在真实工况下可达到的性能。因此英格兰Leysop的5mm孔径器件给出最小隔离度＞30dB，适用于光束直径不超过约3.5mm、常规非控温实验室环境的典型温度范围。不追求虚标参数，更倾向于给出更贴近实际的指标。当然，通过精细调试与温控，完全可实现＞40dB的隔离度。

输入与输出偏振器可配套提供，并安装在隔离器上形成一体化系统。订购完整隔离器时，Leysop标配自研高性能格兰‑泰勒型方解石偏振器；也可根据要求安装其他类型偏振器，或仅提供旋转器单元。

产品规格

除上述5mm孔径器件外，可根据需求提供8mm孔径型号（如FOI-8/57和FOI-8/711）。请注意，孔径小幅增大将导致TGG棒成本显著上升，同时需要更大、更重的磁体，因此此类旋转器/隔离器的价格高于小孔径型号。

适用于钛宝石激光器的宽带旋转器/隔离器

上述可调谐隔离器非常适合固定波长工作，或光源波长改变后仅需在实验间偶尔调节的场景。但对于染料激光器或钛宝石这类新型声子振动模式宽带或快速可调谐光源，此类调节较为耗时，使用不便。如果激光光源可在数秒内切换波长，而系统中的法拉第隔离器却需要从光路拆下、离线调试才能达到最佳性能，意义不大。英格兰Leysop的新型宽带器件正是为解决这一问题而设计。

在器件中除TGG棒外额外插入一片无源光学元件（石英旋转片），二者组合可使输出偏振相对输入偏振处于更便于使用的90°位置。更重要的是，该结构可使器件在宽波段内保持隔离效果，而非仅单一波长。英格兰Leysop的宽带隔离器专为重要的钛宝石激光器常用波段（700–900nm）设计，在此范围内无需任何重新调谐，隔离度可保持在27dB以上。代价是波段内透过率不均匀，这是由法拉第棒与石英旋转器的组合旋转量与输出偏振器优选轴的匹配程度随波长变化所致。

该宽带隔离器（或旋转器）的价格与可调谐型号相近。如需探讨该器件如何优化您的光学系统或定制其他波长范围，欢迎随时联系。

超宽调谐范围法拉第隔离器

为满足客户对更宽调谐范围隔离器的需求（在各类新型光源普及前，厂商的设计工作原本更为简单），英格兰Leysop推出了全新结构的隔离器。该产品基于FOI-5/57设计，采用略长于常规的TGG棒与更高强度磁体组件，以提升最大工作波长；更重要的是配备了更便捷的新型波长调谐机构。

上图为宽带光隔离器在调谐范围两端的状态，清晰展示了螺旋调谐机构：可实现TGG棒在磁体组件内的纯平移运动，晶体本身不旋转，也不会改变偏振器的相对取向。调谐机构运行极为平滑，可实现高精度调谐以最大化隔离度，单台宽带光隔离器器件即可覆盖650–1100nm超宽波长范围。