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Micron Document

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<title>Optischer Isolator</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Optischer Isolator</span></h1>

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<p>Ein <b>optischer Isolator</b> ist ein optisches Bauteil, das <a href="Elektromagnetisches_Spektrum" title="Elektromagnetisches Spektrum">Licht</a> einer bestimmten Polarisationsrichtung nur in einer Richtung durchlässt, in der Gegenrichtung jedoch Licht beliebiger Polarisation ablenkt und ggf. absorbiert. Es wirkt somit als „Ventil“ bzw. in Gegenrichtung als „Isolator“ und wird daher in Analogie zur elektrischen <a href="Diode" title="Diode">Diode</a> manchmal auch als <b>„optische Diode“</b> bezeichnet.

</p><p>Optische Isolatoren werden oft in der <a href="Lasertechnik" class="mw-redirect" title="Lasertechnik">Lasertechnik</a> verwendet, um unerwünschte Rückreflexionen aus einer optischen Apparatur in den <a href="Laser" title="Laser">Laser</a> zu vermeiden, die durch Rückkopplung die Laserleistung beeinflussen (bis hin zum Abriss der Lichtemission) oder den Laser schädigen können. Sie dienen auch zur richtungsabhängigen Entkopplung <a href="Optischer_Verst%C3%A4rker" title="Optischer Verstärker">optischer Verstärker</a>.

</p><p>Optische Isolatoren nach dem <a href="Faraday-Effekt" title="Faraday-Effekt">Faraday-Effekt</a> bestehen aus einem optischen <a href="Faraday-Rotator" title="Faraday-Rotator">Faraday-Rotator</a> zwischen zwei um 45° verdrehten <a href="Polarisationsfilter" title="Polarisationsfilter">Polarisationsfiltern</a> und werden auch <b>Faraday-Isolator</b> genannt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Funktionsweise">Funktionsweise</h2></div>

<p>Optische Isolatoren nutzen den <a href="Faraday-Effekt" title="Faraday-Effekt">Faraday-Effekt</a>. Ein optisch inaktives Material wird durch das Anlegen eines externen <a href="Magnetismus" title="Magnetismus">Magnetfeldes</a> optisch aktiv und dreht die <a href="Polarisation" title="Polarisation">Polarisation</a> des Lichtes. Anders als bei anderen polarisationsdrehenden Materialien, bei denen das Licht richtungsunabhängig immer im gleichen Richtungssinn gedreht wird, ist der Drehsinn des Faraday-Rotators abhängig vom Winkel α zwischen der Ausbreitungsrichtung des Lichtes und der des Magnetfeldes. Licht, das entgegengesetzt zu den Magnetfeldlinien einfällt (α=180°), wird genau entgegengesetzt gedreht zu Licht, das in Richtung der Magnetfeldlinien (α=0°) einfällt.

</p><p>Diesen Effekt nutzt man in folgender Weise: Man legt an ein geeignetes durchsichtiges Material ein Magnetfeld parallel zur <a href="Optische_Achse_(Optik)" title="Optische Achse (Optik)">optischen Achse</a> an und wählt die Stärke des Magnetfeldes so, dass die Polarisation des Lichts genau um 45° gedreht wird. Wenn man an die beiden Enden des magnetisierten Materials <a href="Polarisationsfilter" title="Polarisationsfilter">Polarisationsfilter</a> stellt, die zueinander um 45° verdreht sind, dann wird das Licht, das aus der einen Richtung kommt, um 45° gedreht, so dass es das hintere Polarisationsfilter (den Analysator) ungehindert passieren kann. Licht, das aus der entgegengesetzten Richtung kommt, wird jedoch so gedreht, dass es nun senkrecht auf das vordere Polarisationsfilter auftrifft. Es wird somit nicht durchgelassen, sondern (im Falle von Polarisations-Prismenwürfeln) zur Seite reflektiert.

</p><p>Da die Faraday-Rotation des Lichts stark von der Wellenlänge abhängt, funktionieren optische Isolatoren nur bei einer bestimmten Wellenlänge perfekt; bei allen anderen Wellenlängen wird Licht auch in Gegenrichtung durchgelassen und ein Teil des Lichts in Vorwärtsrichtung vom Analysator ausgefiltert.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Ausführung"><span id="Ausf.C3.BChrung"></span>Ausführung</h2></div>

<p>Wichtige Eigenschaften des optischen Mediums in Faraday-Isolatoren sind eine hohe <a href="Verdet-Konstante" title="Verdet-Konstante">Verdet-Konstante</a>, also starke Drehung der Polarisationsebene, geringe <a href="Absorption_(Physik)" title="Absorption (Physik)">Absorption</a> des Lichts, und bei hohen Laserleistungen geringe <a href="Nichtlineare_Optik" title="Nichtlineare Optik">optische Nichtlinearität</a> und hohe Zerstörschwelle.

</p><p>Im Bereich des sichtbaren Lichts und im nahen Infrarot wird <a href="Terbium" title="Terbium">Terbium</a>-dotiertes Glas oder <a href="Terbium-Gallium-Granat" title="Terbium-Gallium-Granat">Terbium-Gallium-Granat</a> (TGG) verwendet, bei Wellenlängen über 1100 nm auch <a href="Yttrium-Eisen-Granat" title="Yttrium-Eisen-Granat">Yttrium-Eisen-Granat</a> (YIG). Die notwendigen Magnetfelder werden mit starken <a href="Dauermagnet" title="Dauermagnet">Permanentmagneten</a>, z. B. <a href="Neodym-Eisen-Bor" title="Neodym-Eisen-Bor">Neodym-Eisen-Bor</a>-Magneten erzeugt; dadurch kann die Länge des optischen Mediums relativ kurz gehalten werden (ein bis einige Zentimeter).

</p><p>Hersteller bieten meist die mit Dauermagneten versehenen Faraday-Rotatoren und die erforderlichen Polarisatoren getrennt an.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Verwandte_Anwendungen_und_Bauteile">Verwandte Anwendungen und Bauteile</h2></div>

<p>Unter anderem zu Modulationszwecken kann das Magnetfeld prinzipiell auch mit einer stromdurchflossenen <a href="Spule_(Elektrotechnik)" title="Spule (Elektrotechnik)">Spule</a> erzeugt werden. Die Modulationsgeschwindigkeiten sind jedoch gering, und die Erwärmung ist von Nachteil.

</p><p>Zur schnellen Modulation von Laserstrahlen oder zur <a href="G%C3%BCteschalter" title="Güteschalter">Güteschaltung</a> werden daher <a href="Akustooptischer_Modulator" title="Akustooptischer Modulator">akustooptische Modulatoren</a>, <a href="Kerreffekt" class="mw-redirect" title="Kerreffekt">Kerr-Zellen</a> oder insbesondere <a href="Pockels-Zelle" title="Pockels-Zelle">Pockels-Zellen</a> eingesetzt.

Letztere beruhen auch auf der Drehung der Polarisationsrichtung von Licht.

</p><p><a href="Isolator_(Hochfrequenztechnik)" title="Isolator (Hochfrequenztechnik)">Isolatoren</a> gibt es auch für <a href="Mikrowellen" title="Mikrowellen">Mikrowellen</a>. Diese arbeiten mit magnetisierten <a href="Ferrite" title="Ferrite">Ferrit</a>-Bauteilen in <a href="Hohlleiter" title="Hohlleiter">Hohl-</a> bzw. <a href="Wellenleiter" title="Wellenleiter">Wellenleitern</a>.

</p><p>Darüber hinaus besitzen optische Isolatoren in der Lasermaterialbearbeitung eine entscheidende Bedeutung. Sie werden z. B. bei leistungsstarken <a href="Diodenlaser" title="Diodenlaser">Diodenlasern</a> im Kilowattbereich eingesetzt, um die <a href="Laserdiode" title="Laserdiode">Laserdiode</a> vor der an der Oberfläche des zu bearbeitenden Metalls rückreflektierten Strahlung zu schützen.<sup id="cite_ref-Stegmann_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-Stegmann-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Volkmar Brückner: <cite style="font-style:italic">Elemente optischer Netze: Grundlagen und Praxis der optischen Datenübertragung Informations- und Kommunikationstechnik</cite>. 2. Auflage. Springer, 2011, ISBN 978-3-8348-1034-2.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Optischer+Isolator&rft.au=Volkmar+Br%C3%BCckner&rft.btitle=Elemente+optischer+Netze%3A+Grundlagen+und+Praxis+der+optischen+Daten%C3%BCbertragung+Informations-+und+Kommunikationstechnik&rft.date=2011&rft.edition=2.&rft.genre=book&rft.isbn=9783834810342&rft.pub=Springer" style="display:none"> </span></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-Stegmann-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Stegmann_1-0">↑</a></span> <span class="reference-text">Christian Stegmann: <cite style="font-style:italic">Untersuchung des Einflusses von rückreflektiertem Licht auf die Strahlungseigenschaften eines Diodenlasers</cite>. Köln 2013 (Abschlussarbeit, RFH Köln).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Optischer+Isolator&rft.au=Christian+Stegmann&rft.btitle=Untersuchung+des+Einflusses+von+r%C3%BCckreflektiertem+Licht+auf+die+Strahlungseigenschaften+eines+Diodenlasers&rft.date=2013&rft.genre=book&rft.place=K%C3%B6ln" style="display:none"> </span></span>

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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