Notice n° 132
Rotateur Faraday
1) Principe de fonctionnement
Le montage est constitué d’un barreau de verre flint. Il est entouré d’un solénoïde de diamètre externe
=25mm. Lorsque le solénoïde est alimenté par un courant, un champ magnétique B parallèle à l’axe est produit dans le barreau de verre. Le matériau acquiert un pouvoir rotatoire proportionnel au champ magnétique (effet Faraday).
Plus précisément, une onde polarisée rectilignement voit son plan de polarisation tourner d’un angle =V L B où V est la constante de Verdet du matériau considéré.
2) Manipulation
On utilisera de préférence un laser. Le rotateur Faraday est placé entre polariseur et analyseur à 45°et l’intensité transmise est mesurée par une photodiode. Ci-dessous des résultats typiques obtenus à différentes longueurs d'onde. On pourra prendre des points pour des courants négatifs en inversant la polarité du solénoïde. Le courant permanent maximal est de 1.8A, le courant maximal absolu est de 5A.
Figure 1 : transmission entre polariseur et analyseur à -45° et entre polariseur et analyseur croisés en fonction du courant dans le solénoïde. p est la pente de l’ajustement linéaire.
Le montage actuel est légèrement différent de cette photo.
Les points au-delà de 2A sont obtenus en fixant le courant à la valeur désirée pour quelques secondes puis en ramenant le courant à 0 pour limiter l’échauffement. Le solénoïde est protégé par un bilame qui ouvre le circuit à 60°C. En cas de déclanchement, le bilame ne referme le circuit qu’après retour à température ambiante ce qui prend 10 à 20 minutes typiquement.
3) Exploitation quantitative
Le barreau de verre a pour diamètre =5mm et une longueur L=75±0.5mm. L’étalonnage du champ magnétique donne LB= I avec =(1.6±0.16)x10-3 T.m.A-1.
La loi de Malus appliquée à l’analyseur donne une transmission T()=cos2 où est l'angle entre la polarisation incidente et la direction d’analyse. A = -45° :
dT /d=-2sincos= +1.
La pente de l’ajustement de la transmission entre polariseur et analyseur à -45° est donc : p=dT/dI=(dT/d)(d/dI)= ± d/dI
et d est la rotation du plan de polarisation liée à l’effet Faraday soit : d==V L B=V I.
Ainsi
d/dI=Vp.
On en déduit la constante de verdet du matériau :
V=p/=2.22 10-2/1.6 10-3=13.9±1.4 rad.T-1.m-1 à 650 +/- 5nm.
à comparer avec les valeurs tabulées pour le verre SF14 :
(nm) 780 650 632.8 532 450
V (rad.T-1.m-1) 9.6 14.1 14.9 22.4 34.5
D’après CRC Handbook of Laser Science and Technology Supplement 2: Optical Materials, p. 378, par Marvin J. Weber. Pas d’indication d’incertitude, probablement à 1% près.
