패러데이 회전자

패러데이 회전자()는 종방향 정자기장이 존재할 때 물질을 통한 빛의 투과를 포함하는 자기광학 효과인 패러데이 효과에 기반한 편광 회전자이다. 파동이 장치를 통과할 때 편광 상태(선형 편광의 축 또는 타원 편광의 방향과 같은)가 회전하는데, 이는 좌우 원편파 간의 위상속도의 약간의 차이로 설명된다. 따라서 이는 광학 활성과 마찬가지로 원형 복굴절의 한 예이지만, 자기장이 있을 때만 이 속성을 갖는 물질을 포함한다.

 메커니즘 
반대 원편파 간의 전파 차이를 포함하는 원형 복굴절은 파동의 편광을 변환하지만 단순한 회전을 통해서는 변환하지 않는 선형 복굴절(또는 용어가 더 이상 지정되지 않을 때 단순히 복굴절)과는 다르다.

편광 상태는 인가된 종방향 자기장에 비례하여 다음 공식에 따라 회전한다.

여기서 는 회전 각도(라디안 단위),
는 전파 방향의 자속 밀도(테슬라 단위),
는 빛과 자기장이 상호 작용하는 경로의 길이(미터 단위),
는 재료에 대한 베르데 상수이다. 이 경험적 비례 상수(라디안/테슬라/미터, rad/(T·m) 단위)는 파장과 온도에 따라 달라지며 다양한 재료에 대해 표로 작성되어 있다.

패러데이 회전은 비상반성 광 전파의 드문 예이다. 전자기학의 기본 원칙인 상반성이지만, 이 경우 명백한 비상반성은 정자기장을 고려하지 않고 결과 장치만을 고려한 결과이다. 설탕 용액과 같은 광학 활성 매질에서의 회전과 달리, 편광 빔을 동일한 패러데이 회전자를 통해 다시 반사하면 빔이 매질을 통과하는 정방향 통과에서 겪었던 편광 변화가 되돌려지지 않고 실제로 두 배가 된다. 그런 다음 45° 회전하는 패러데이 회전자를 구현하면 선형 편광 소스에서 의도하지 않은 하류 반사가 90° 회전된 편광으로 돌아오고 편광자에 의해 간단히 차단될 수 있다. 이것이 상류 광학 시스템(특히 레이저)을 방해하는 원치 않는 반사를 방지하는 데 사용되는 광학 아이솔레이터의 기초이다.

패러데이 회전과 다른 편광 회전 메커니즘의 차이점은 다음과 같다. 광학 활성 매질에서는 편광 방향이 양방향으로 동일한 방향(예: 오른손잡이 나사처럼)으로 꼬이거나 회전하므로 평면 반사의 경우 원래 회전이 역전되어 입사 빔이 원래 편광으로 돌아간다. 반면에 패러데이 회전자에서는 반대 방향으로 빛이 통과하면 전파 방향에 대해 반대 방향으로 자기장이 발생하며, 회전(전파 방향에 상대적)은 자기장에 의해 결정되므로(위 방정식 참조) 두 전파 방향 간에 회전이 반대이다.

 응용 분야 
패러데이 회전자는 통신 인프라에 사용되는 광학 아이솔레이터를 구성하는 데 매우 중요하다. 마이크로미터 경로 길이 규모에서는 패러데이 회전자가 민감한 자기장 감지에 사용된다. 구현에는 초전도 소용돌이 및 강자성 영역 감지가 포함되며, 상업적으로는 지하 항공기 동체 균열 및 파괴된 총기 일련 번호 감지가 있다.

 같이 보기 
 원자 선 필터

 각주 

분류:광학 기기
분류:마이클 패러데이