法拉第材料特性及切割要点

法拉第效应

在磁场作用下，光通过某些晶体时偏振面会发生旋转的现象，这就是法拉第效应。

由具有显著法拉第效应的晶体材料制作而成的法拉第芯片也被称为法拉第旋转片，是生产光隔离器的关键部件。

光隔离器在光通信系统中主要起到确保光线沿指定方向传输，避免反射的作用。在各类光模块，光发射系统，光纤激光器中，光隔离器扮演着重要作用。

除了隔离器还有光环行器也是基于法拉第旋光效应的另一种光无源器件。

光隔离器的工作原理

市场前景

随着AI技术的不断发展，算力需求将持续增长，数据中心建设也将加速推进，这将为高速400G/800G/1.6T光模块、光器件产品带来广阔的发展前景。

根据LightCounting的最新市场调查报告显示，800G光模块系统除了要用到4-8倍数量的隔离器外，还要用到一个环行器。因此800G系统的大规模商用，将使得光通信领域隔离器和环行器存量市场需求起码增加五倍，预计5年内将达到近千亿元的市场需求规模。

除此以外，激光雷达市场、激光美容都是法拉第芯片需求的增长点。

晶体材料

法拉第旋转片最核心的材料，有包括钇铁石榴石(YIG)、铽镓石榴石(TGG)、铽铝石榴石(TAG)、稀土铁石榴石(RIG)等在内的晶体材料。

根据适用场景来看，YIG适用于射频通信领域；TGG适用于400-1100nm波长的激光器件，主要为工业激光领域；TAG常用于制作高功率法拉第光隔离器。

镓为稀有金属，TGG晶体成本较高，是目前在可见光和近红外范围内使用最广泛的磁光材料之一，广泛应用于高功率激光系统、光学隔离器和磁场传感器等领域。而铝廉价易得，TAG晶体成本更低，适用于制作中低功率激光隔离器。

YIG晶体

YIG晶体，黑色或深棕色，通常呈不透明块状，单晶薄片在红外波段可透光，莫氏硬度约为7.5，硬度高，脆性大。YIG晶体以其优异的磁性能和磁光性能，在中红外隔离器上有独特优势。

TGG晶体

TGG晶体，无色透明或呈淡黄色，热膨胀系数与常见光学玻璃接近，其脆性较高，莫氏硬度约为8，与TAG晶体相似。TGG晶体的综合性能突出，制备工艺成熟，已广泛应用于可见近红外波段的光隔离器中，但在用于高功率激光系统时，各项性能指标难以满足要求。

TAG晶体

TAG晶体，通常为无色或略带黄色，莫氏硬度约为8，比YIG晶体更硬，TAG晶体具有高Verdet常数（约为TGG晶体的1.3倍），且其热导率、磁光优值、热光性能等指标均优于TGG晶体，是高功率法拉第隔离器的理想磁光材料，适用于更高功率的激光系统。

切割加工

法拉第晶体属于硬度较高的材料，应选择结合剂较软的划片刀，保持切割刀的锋利度，金属结合剂金刚石划片刀是常见的选择，也可以选择电镀硬刀切较薄的材料。为了提高切割效率，可以将金刚石浓度适当提高，或者选择带槽的刀片。

法拉第晶体在不同晶向的硬度和断裂韧性差异显著，切割方向需严格匹配晶向，晶向错误会导致切面粗糙或刀具异常磨损。