Un rotatore di Faraday è un dispositivo senza parti mobili che cambia la polarizzazione, o l’angolo della forma d’onda, della luce che lo attraversa. La luce attraversa l’aria o altri materiali come una serie di onde, dette radiazioni elettromagnetiche, con caratteristiche sia di campo elettrico che magnetico. Il dispositivo funziona secondo il principio che la luce che passa attraverso un cristallo o un materiale trasparente solido cambierà la polarizzazione se è presente un campo magnetico.
Scoperto dallo scienziato Michael Faraday nel 1845, l’effetto dei campi magnetici sulle onde luminose fu la prima prova che la luce fosse un’onda elettromagnetica. Scoprì che la modifica dell’intensità del campo magnetico influenzava l’angolo di polarizzazione della luce. Chiamato The Faraday Effect, questa è la base per il rotatore, che utilizza l’effetto sperimentale in un dispositivo pratico.
La luce che passa attraverso molti materiali, inclusi vetro e acqua, può influenzare l’angolo di polarizzazione senza l’uso di campi magnetici. Questo effetto è chiamato polarizzazione ottica e i produttori di occhiali da sole ne approfittano producendo lenti che bloccano gli angoli polarizzati diversi dalla luce normale. L’effetto dell’abbagliamento è ridotto, perché la luce riflessa dall’acqua o dagli edifici avrà un angolo di polarizzazione diverso.
Per costruire un rotatore di Faraday, un magnete circonda un materiale trasparente. Quando la luce passa, il campo magnetico fa ruotare l’onda luminosa di una quantità specifica. La quantità di rotazione può essere determinata da un’equazione che utilizza l’intensità del campo magnetico, la lunghezza del cristallo e la costante di verdet del materiale. Questa costante è diversa per tutti i materiali e cambia con la temperatura; vengono pubblicate tabelle di costanti per materiali a diverse temperature.
Le apparecchiature laser utilizzano spesso un rotatore di Faraday come dispositivo di protezione, per prevenire l’energia laser riflessa nell’unità. Quando un laser crea un raggio di luce, è molto coerente, il che significa che contiene luce di una forma d’onda specifica. Quando la luce lascia il laser, spesso viene riflessa o passa attraverso altre apparecchiature e potenzialmente parte della luce potrebbe essere riflessa verso il laser. L’aggiunta di un rotatore di Faraday impedisce ciò, poiché la luce che passa attraverso il rotatore è tipicamente polarizzata a 45° dal raggio originale e non può riflettersi indietro. L’angolo può essere variato, ma una maggiore polarizzazione richiede un’ulteriore intensità del campo magnetico.
Un ulteriore vantaggio di un rotatore di Faraday è che la luce che lo attraversa e poi ritorna nella direzione opposta non viene ruotata all’indietro. Se la luce è polarizzata a 45° dal rotatore, e poi colpisce uno specchio e ritorna, il rotatore lo polarizzerà di altri 45°. I filtri polarizzatori ottici, o dispositivi che creano gradi specifici di polarizzazione per l’uso in laboratorio, possono sfruttare questo effetto. Funziona riflettendo parte della luce attraverso il rotatore, creando due fasci di luce polarizzati ad angoli diversi.