Y4T81 法拉第旋光片

昨天的問題

這小夥伴的問題，其實也是困擾我很多年的問題，大約是這樣

環形器和隔離器中都用到法拉第，這在各種教科書中都有提及，原理也是用的磁光效應，核心的材料是法拉第片，可是，我一直困惑而無解的是這麼幾個問題

法拉第片到底是啥樣？ 用什麼工藝做的？

法拉第和波長的關係？

法拉第與旋轉角度的關係？

為什麼一定要用磁環？ 不用會怎麼樣？

帶著這些疑問，2017年底我們開始約一場聊天，2018年春節後坐一起，一個是佔70%法拉第市場的日本Granopt的中村、一個是磁環供應商Nippoh Magne"s 王博士、一個是做隔離器和環形器封裝的光隆彭董

老規矩，我按照自己的理解來畫圖，凡理解有誤的地方，錯都在我

環形器與隔離器的原理

環形器，無論是三埠還是4埠，基礎原理是相通的，也就是光可以從1到2傳輸，不能從2到1

2隻能到3

這有什麼好處？

以前數據中心大量鋪設的是這種類型模塊，數據的雙向傳輸，發送和接收，需要兩條光纖

現如今，數據中心越建越多，光纖也得花錢，可會就想是不是可以省一半光纖？，就有這種BiDi光模塊的概念，bi-directional，雙向傳輸。

雙向一般有兩種方案，一是發射和接收用兩個波長，光模塊內部用WDM把波長進行隔離，另外一種是發射與接收用同一個波長，光模塊內置環形器

發射與接收的兩條路徑如下，兩個2埠連在一根光纖上，光路一紅一藍代表一發一收，一點不亂

我對環形器的理解，就是，這用兩個隔離器來拼接而成，1→2 正向傳輸反向隔離，這就是隔離器， 2→3 同樣原理

隔離器

法拉第片，最核心的作用是對光的旋轉

光是波，它有振動面，拉法第旋轉了它的振動面

教科書的原理，都是這樣式兒

疑惑一：法拉第到底用啥材料做的？

法拉第片，是一種晶體材料，石榴石單晶體結構，廣大婦女同志們經常戴個首飾，對石榴石不陌生，它的這種結構，不同原子會呈現不同的顏色

法拉第片既然是晶體，那就得有一個生長過程，通常的晶體都是選擇一個襯底，然後做材料外延生長

法拉第選用的是軋鎵石榴石襯底

在上面張YIG 釔鐵石榴石晶體材料，這種材料有很多磁特性。（國華看到裡邊有鐵~~~~）

疑惑二：法拉第片用什麼工藝？

在襯底上外延一層YIG晶體，一般有幾種外揚方式，氣相外延，就是咱激光器常用的很貴的一個設備叫MOCVD，就是氣相外延

而法拉第片用的是液相外延

在液體中，讓晶體慢慢慢慢的以一種原子相對固定的方式結晶到襯底上，能讓YIG長好，需要一種助溶劑，總之很複雜

而掌握這種液相外延工藝的廠家，可沒多少，主要就是美國的IPI，去年被二六收購， 他家約在30%的市場， 最大的那一家叫Granopt，是三菱和住友合資辦的一個公司

疑惑三：法拉第與波長有什麼關係？

YIG這種材料，對不同波長的旋轉係數不一樣，如下圖

另外，知道工作波長，和需要旋轉的角度，就可以推算出需要多厚的YIG晶體。

疑惑三：為什麼需要磁環？

我用黃色箭頭表示磁的方向，光從左邊入射到法拉第片，如果磁的方向不一樣，光的振動面旋轉的方向也不一樣

如果沒有外界磁場，法拉第片表面看起來會呈現這麼一種迷宮形狀，有白色和藍色兩種區域。

咱們從中間給它劈開，我用箭頭來表示磁的方向

磁的方向，有上有下，這就意味著光在入射法拉第片時，一會兒左旋，一會兒右旋，那就不管用了唄。

所以，外加磁環是讓法拉第片保持一致的磁方向。

最後一個疑惑：不加磁環可以不？

我記得兩年前做過一個調研，希望把TOSA的尺寸做小，其中一個思路就是把隔離器的磁環去掉，可以不？

可以

Granopt有一款晶體，加了一種人家不讓說的原子，提前在飽和磁場中對晶體進行磁化，然後脫離外界磁場後，它可以保持原來的磁場方向，就可以不用磁環而起到隔離效果

再問一遍這個問題，把隔離器的磁環去掉，可以不？

可以，但有風險

風險在哪裡？ 它的磁場對高溫敏感，對外界強磁敏感

咱們光模塊在80度啊這樣的環境中用，沒問題，可是萬一小夥伴兒們用烙鐵去給TOSA焊個軟板啊，或者用膠水貼個電容啊，拿去高溫箱固化膠水....

這些都是風險，也可控，需要出廠時再給它充一遍磁

另一種，就不好說了，外界強磁場，我閨女高興，拿塊大磁鐵逗一逗我的光模塊，咦，模塊瞎啦。

所以業界對這種方案很糾結，光模塊越來越多的通道，越來越多的元器件，大家要小型化，另一方面風險如何控制也是難題，控制自己容易控制客戶很難

再進一步說，只要能提出一個好問題，就離解決這個問題不遠啦

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