Faradayův jev (magnetooptika)

Úvod

Servis aparatury do 25. 8. 2014.

Právě (6/5/2013) aktualizujeme e-texty.

Faradayův jev nebo též Faradayova rotace je příkladem magnetooptických jevů. Nastává ve vhodném prostředí, kde při působení podélného magnetického pole dochází ke stáčení roviny lineárně polarizovaného světla.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/Faraday_effect.svg/400px-Faraday_effect.svg.png

Míra stočení polarizační roviny je přímo úměrná jednak dráze d, po které se světlo v daném prostředí šíří, jednak velikosti složky vektoru magnetické indukce B ve směru šíření světla. Orientace vektoru pak určuje smysl stáčení polarizační roviny. Velikost úhlu rotace β, o který se rovina polarizace otočí (viz obr.), lze snadno vypočítat podle jednoduchého vztahu

β = VBd , (1)

kde koeficientem úměrnosti V je tzv. Verdetova konstanta, charakteristická pro dané prostředí (materiálová charakteristika). Z teorie plyne, že Verdetova konstanta závisí na vlnové délce světla.

Známe vhodné materiály s velmi vysokou hodnotou Verdetovy konstanty (např. terbium-galium-granát, TGG, V = −40 rad·T−1·m−1), které lze využít v zajímavých vědecko-technických aplikacích.

Faradayův rotátor Faradayův rotátor je základní optické zařízení, které umožňuje prostřednictvím přesně nastaveného magnetického pole snadno změnit orientaci roviny polarizace světla, a to pro nejrůznější vědecké aplikace (magnetooptika, amplitudová modulace světla včetně polarizačního stavu, měření polarizace spinů elektronů ve spintronice aj.). Rotátory se významně uplatňují při optických telekomunikacích a v laserové fyzice. Zvláštním případem Faradayova rotátoru je optický izolátor.
Faradayův optický izolátor Jelikož Faradayova rotace nefunguje recipročně (při zpětném chodu se rovina polarizace nestáčí zpět, ale ve stejném smyslu), lze zkonstruovat optické zařízení, které zabrání zpětnému návratu světla např. v důsledku částečných odrazů od dalších optických rozhraní. Optický izolátor je v podstatě Faradayův rotátor navržený ke stáčení polarizační roviny právě o úhel 45 stupňů, doplněný polarizátorem, který odfiltruje vracející se paprsky (stočené o pravý úhel, 2×45 stupňů). Proto se Faradayovu optickému izolátoru může říkat též optická dioda.
Astrofyzika Faradayova rotace umožňuje zjišťovat a měřit magnetické pole ve vesmíru. Využívá se zde závislost Verdetovy konstanty na kvadrátu vlnové délky světla. Astrofyzikům pak stačí jen proměřit úhel natočení polarizační roviny pro několik různých vlnových délek přicházejících z určitého směru a odhadnout počet elektronů mezi zdrojem světla a pozorovatelem na Zemi.