法拉第效應(yīng)

在磁場作用下，光通過某些晶體時(shí)偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這就是法拉第效應(yīng)。

由具有顯著法拉第效應(yīng)的晶體材料制作而成的法拉第芯片也被稱為法拉第旋轉(zhuǎn)片，是生產(chǎn)光隔離器的關(guān)鍵部件。

光隔離器在光通信系統(tǒng)中主要起到確保光線沿指定方向傳輸，避免反射的作用。在各類光模塊，光發(fā)射系統(tǒng)，光纖激光器中，光隔離器扮演著重要作用。

除了隔離器還有光環(huán)行器也是基于法拉第旋光效應(yīng)的另一種光無源器件。

光隔離器的工作原理

市場前景

隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，算力需求將持續(xù)增長，數(shù)據(jù)中心建設(shè)也將加速推進(jìn)，這將為高速400G/800G/1.6T光模塊、光器件產(chǎn)品帶來廣闊的發(fā)展前景。

根據(jù)LightCounting的最新市場調(diào)查報(bào)告顯示，800G光模塊系統(tǒng)除了要用到4-8倍數(shù)量的隔離器外，還要用到一個(gè)環(huán)行器。因此800G系統(tǒng)的大規(guī)模商用，將使得光通信領(lǐng)域隔離器和環(huán)行器存量市場需求起碼增加五倍，預(yù)計(jì)5年內(nèi)將達(dá)到近千億元的市場需求規(guī)模。

除此以外，激光雷達(dá)市場、激光美容都是法拉第芯片需求的增長點(diǎn)。

晶體材料

法拉第旋轉(zhuǎn)片最核心的材料，有包括釔鐵石榴石(YIG)、鋱鎵石榴石(TGG)、鋱鋁石榴石(TAG)、稀土鐵石榴石(RIG)等在內(nèi)的晶體材料。

根據(jù)適用場景來看，YIG適用于射頻通信領(lǐng)域；TGG適用于400-1100nm波長的激光器件，主要為工業(yè)激光領(lǐng)域；TAG常用于制作高功率法拉第光隔離器。

鎵為稀有金屬，TGG晶體成本較高，是目前在可見光和近紅外范圍內(nèi)使用最廣泛的磁光材料之一，廣泛應(yīng)用于高功率激光系統(tǒng)、光學(xué)隔離器和磁場傳感器等領(lǐng)域。而鋁廉價(jià)易得，TAG晶體成本更低，適用于制作中低功率激光隔離器。

YIG晶體

YIG晶體，黑色或深棕色，通常呈不透明塊狀，單晶薄片在紅外波段可透光，莫氏硬度約為7.5，硬度高，脆性大。YIG晶體以其優(yōu)異的磁性能和磁光性能，在中紅外隔離器上有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

TGG晶體

TGG晶體，無色透明或呈淡黃色，熱膨脹系數(shù)與常見光學(xué)玻璃接近，其脆性較高，莫氏硬度約為8，與TAG晶體相似。TGG晶體的綜合性能突出，制備工藝成熟，已廣泛應(yīng)用于可見近紅外波段的光隔離器中，但在用于高功率激光系統(tǒng)時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)難以滿足要求。

TAG晶體

TAG晶體，通常為無色或略帶黃色，莫氏硬度約為8，比YIG晶體更硬，TAG晶體具有高Verdet常數(shù)（約為TGG晶體的1.3倍），且其熱導(dǎo)率、磁光優(yōu)值、熱光性能等指標(biāo)均優(yōu)于TGG晶體，是高功率法拉第隔離器的理想磁光材料，適用于更高功率的激光系統(tǒng)。

切割加工

法拉第晶體屬于硬度較高的材料，應(yīng)選擇結(jié)合劑較軟的劃片刀，保持切割刀的鋒利度，金屬結(jié)合劑金剛石劃片刀是常見的選擇，也可以選擇電鍍硬刀切較薄的材料。為了提高切割效率，可以將金剛石濃度適當(dāng)提高，或者選擇帶槽的刀片。

法拉第晶體在不同晶向的硬度和斷裂韌性差異顯著，切割方向需嚴(yán)格匹配晶向，晶向錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致切面粗糙或刀具異常磨損。