法拉第效應

在磁場作用下，光通過某些晶體時偏振面會發生旋轉的現象，這就是法拉第效應。

由具有顯著法拉第效應的晶體材料制作而成的法拉第芯片也被稱為法拉第旋轉片，是生產光隔離器的關鍵部件。

光隔離器在光通信系統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，光發射系統，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行器也是基于法拉第旋光效應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技術的不斷發展，算力需求將持續增長，數據中心建設也將加速推進，這將為高速400G/800G/1.6T光模塊、光器件產品帶來廣闊的發展前景。

根據LightCounting的最新市場調查報告顯示，800G光模塊系統除了要用到4-8倍數量的隔離器外，還要用到一個環行器。因此800G系統的大規模商用，將使得光通信領域隔離器和環行器存量市場需求起碼增加五倍，預計5年內將達到近千億元的市場需求規模。

除此以外，激光雷達市場、激光美容都是法拉第芯片需求的增長點。

晶體材料

法拉第旋轉片最核心的材料，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)等在內的晶體材料。

根據適用場景來看，YIG適用于射頻通信領域；TGG適用于400-1100nm波長的激光器件，主要為工業激光領域；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使用最廣泛的磁光材料之一，廣泛應用于高功率激光系統、光學隔離器和磁場傳感器等領域。而鋁廉價易得，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晶體以其優異的磁性能和磁光性能，在中紅外隔離器上有獨特優勢。

TGG晶體

TGG晶體，無色透明或呈淡黃色，熱膨脹系數與常見光學玻璃接近，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時，各項性能指標難以滿足要求。

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（約為TGG晶體的1.3倍），且其熱導率、磁光優值、熱光性能等指標均優于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。

切割加工

法拉第晶體屬于硬度較高的材料，應選擇結合劑較軟的劃片刀，保持切割刀的鋒利度，金屬結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，切割方向需嚴格匹配晶向，晶向錯誤會導致切面粗糙或刀具異常磨損。