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法拉第材料特性及切割要點
發(fā)布時間:2025-04-23 點擊數(shù):515

法拉第效應(yīng)

在磁場作用下,光通過某些晶體時偏振面會發(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。

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。


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,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特優(yōu)勢。

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,各項性能指標(biāo)難以滿足要求。

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,晶向錯誤會導(dǎo)致切面粗糙或刀具異常磨損。


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