Un rotateur de Faraday est un appareil sans pièces mobiles qui modifie la polarisation, ou l’angle de la forme d’onde, de la lumière qui le traverse. La lumière traverse l’air ou d’autres matériaux sous la forme d’une série d’ondes, appelées rayonnement électromagnétique, présentant les caractéristiques des champs électriques et magnétiques. L’appareil fonctionne sur le principe que la lumière traversant un cristal ou un matériau transparent solide changera de polarisation si un champ magnétique est présent.
Découvert par le scientifique Michael Faraday en 1845, l’effet des champs magnétiques sur les ondes lumineuses a été la première preuve que la lumière était une onde électromagnétique. Il a découvert que la modification de l’intensité du champ magnétique affectait l’angle de polarisation de la lumière. Nommé l’effet Faraday, c’est la base du rotateur, qui utilise l’effet expérimental dans un dispositif pratique.
La lumière traversant de nombreux matériaux, y compris le verre et l’eau, peut avoir l’angle de polarisation affecté sans l’utilisation de champs magnétiques. Cet effet est appelé polarisation optique, et les fabricants de lunettes de soleil en profitent en produisant des verres qui bloquent les angles polarisés autres que la lumière normale. L’effet d’éblouissement est réduit, car la lumière réfléchie par l’eau ou les bâtiments aura un angle de polarisation différent.
Pour construire un rotateur de Faraday, un aimant entoure un matériau transparent. Au fur et à mesure que la lumière passe, le champ magnétique fait tourner l’onde lumineuse d’une quantité spécifique. La quantité de rotation peut être déterminée par une équation qui utilise la force du champ magnétique, la longueur du cristal et la constante de verdet du matériau. Cette constante est différente pour tous les matériaux et change avec la température ; des tableaux de constantes sont publiés pour des matériaux à différentes températures.
L’équipement laser utilise souvent un rotateur de Faraday comme dispositif de protection, pour empêcher l’énergie laser réfléchie dans l’unité. Lorsqu’un laser crée un faisceau de lumière, il est très cohérent, ce qui signifie qu’il contient la lumière d’une forme d’onde spécifique. Lorsque la lumière quitte le laser, elle est souvent réfléchie ou passe à travers d’autres équipements et une partie de la lumière pourrait potentiellement être réfléchie vers le laser. L’ajout d’un rotateur de Faraday empêche cela, car la lumière passant à travers le rotateur est généralement polarisée à 45° par rapport au faisceau d’origine et ne peut pas être réfléchie. L’angle peut être modifié, mais plus de polarisation nécessite une intensité de champ magnétique supplémentaire.
Un avantage supplémentaire d’un rotateur de Faraday est que la lumière qui le traverse et qui revient ensuite dans la direction opposée n’est pas retournée. Si la lumière est polarisée à 45° par le rotateur, puis frappe un miroir et revient, le rotateur la polarisera encore à 45°. Les filtres polarisants optiques, ou les dispositifs qui créent des degrés de polarisation spécifiques pour une utilisation en laboratoire, peuvent tirer parti de cet effet. Cela fonctionne en réfléchissant une partie de la lumière à travers le rotateur, créant deux faisceaux lumineux qui sont polarisés à des angles différents.