Wat is een Faraday-rotator?

Een Faraday-rotator is een apparaat zonder bewegende delen dat de polarisatie of golfvormhoek verandert van licht dat erdoorheen gaat. Licht gaat door lucht of andere materialen als een reeks golven, elektromagnetische straling genoemd, met de kenmerken van zowel elektrische als magnetische velden. Het apparaat werkt volgens het principe dat licht dat door een kristal of massief transparant materiaal gaat, de polarisatie verandert als er een magnetisch veld aanwezig is.

Ontdekt door wetenschapper Michael Faraday in 1845, was het effect van magnetische velden op lichtgolven het eerste bewijs dat licht een elektromagnetische golf was. Hij ontdekte dat het veranderen van de sterkte van het magnetische veld de polarisatiehoek van het licht beïnvloedde. Dit wordt het Faraday-effect genoemd en vormt de basis voor de rotator, die het experimentele effect in een praktisch apparaat gebruikt.

Licht dat door veel materialen gaat, waaronder glas en water, kan de polarisatiehoek beïnvloeden zonder het gebruik van magnetische velden. Dit effect wordt optische polarisatie genoemd, en fabrikanten van zonnebrillen profiteren hiervan door lenzen te produceren die andere gepolariseerde hoeken blokkeren dan normaal licht. Het effect van verblinding wordt verminderd, omdat gereflecteerd licht van water of gebouwen een andere polarisatiehoek zal hebben.

Om een ​​faraday rotator te bouwen, omringt een magneet een transparant materiaal. Terwijl er licht doorheen gaat, zorgt het magnetische veld ervoor dat de lichtgolf een bepaalde hoeveelheid wordt gedraaid. De hoeveelheid rotatie kan worden bepaald door een vergelijking die de magnetische veldsterkte, de lengte van het kristal en de verdet-constante van het materiaal gebruikt. Deze constante is verschillend voor alle materialen en verandert met de temperatuur; tabellen met constanten worden gepubliceerd voor materialen bij verschillende temperaturen.

Laserapparatuur maakt vaak gebruik van een Faraday-rotator als beveiligingsapparaat om gereflecteerde laserenergie in de eenheid te voorkomen. Wanneer een laser een lichtstraal creëert, is deze zeer coherent, wat betekent dat deze licht van een specifieke golfvorm bevat. Wanneer het licht de laser verlaat, wordt het vaak gereflecteerd of door andere apparatuur geleid en mogelijk kan een deel van het licht worden teruggekaatst naar de laser. Het toevoegen van een faraday-rotator voorkomt dit, omdat het licht dat door de rotator gaat gepolariseerd is, typisch 45 ° van de oorspronkelijke straal en niet terug kan reflecteren. De hoek kan worden gevarieerd, maar meer polarisatie vereist extra magnetische veldsterkte.

Een bijkomend voordeel van een Faraday-rotator is dat licht dat erdoorheen gaat en vervolgens terugkeert in de tegenovergestelde richting niet wordt teruggedraaid. Als het licht 45 ° wordt gepolariseerd door de rotator en vervolgens een spiegel raakt en terugkeert, zal de rotator het nog 45 ° polariseren. Optische polarisatiefilters, of apparaten die specifieke polarisatiegraden creëren voor laboratoriumgebruik, kunnen van dit effect profiteren. Dit werkt door een deel van het licht terug te reflecteren door de rotator, waardoor twee lichtstralen worden gecreëerd die onder verschillende hoeken zijn gepolariseerd.