法拉第磁光效应打印版

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1、大学物理实验报告法拉第磁光效应实验姓名：班级：学号：一、实验名称：法拉第磁光效应二、实验目的：1、理解法拉第磁光效应，了解其应用。2、了解顺磁、弱磁、抗磁性、铁磁性或亚铁磁性材料的基本特征，以及费尔德常数V与磁光材料性质的关系。3、比较法拉第磁光效应与固有磁光效应的异同。4、观察磁场方向、大小与旋光方向的关系。三、实验仪器：半导体激光器、起偏器、导轨滑块、磁场线圈、检偏器、功率计探头、导轨。四、实验原理1、法拉第效应的原理当线偏振光穿过介质时，若在介质中加一平行于光的传播方向的磁场，则光的振动面将发生旋转，这种磁致旋光现象

2、是1845年由法拉第首先发现的，故称为法拉第效应。振动面转过的角度称为法拉第效应旋光角。实验发现θ＝VBL（1）法拉第磁致旋光效应其中θ为法拉第效应旋光角；L为介质的厚度；B为平行与光传播方向的磁感强度分量；V称为费尔德(Verdet)常数。费尔德常数V与磁光材料的性质有关，对于顺磁、弱磁和抗磁性材料（如重火石玻璃等），V为常数，即与磁场强度有线性关系；而对铁磁性或亚铁磁性材料（如YIG等立方晶体材料），与不是简单的线性关系。一般约定，当光的旋转方向与产生磁场的电流的方向一致时，称法拉第旋转是左旋，v>0;反之则叫右旋,v

3、<0。法拉第效应与自然旋光不一样，不具备一般的光学过程可逆，对于给定的物质，旋转的方向只由磁场的方向决定，和光的传播方向无关，这叫做法拉第效应的“旋光非互易性”。2．法拉第效应的唯象解释从光波在介质中传播的图象看，法拉第效应可以做如下理解：一束平行于磁场方向传播的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。图5.16.2法拉第效应的唯象解释如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度c/nR和左旋圆偏振光的传播速度c/nL不等，于是通过厚度为的介质后，便产生不同的相位滞后这里应注

4、意，圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移；相位滞后即角位移倒转。在磁致旋光介质的入射截面上，入射线偏振光的电矢量E可以分解为图5.16.2(a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光ER和EL，通过介质后，它们的相位滞后不同，旋转方向也不同，在出射界面上，两个圆偏振光的旋转电矢量如图5.16.2(b)所示。当光束射出介质后，左、右旋圆偏振光的速度又恢复一致，我们又可以将它们合成起来考虑，即仍为线偏振光。从图上容易看出，由介质射出后，两个圆偏振光的合成电矢量E的振动面相对于原来的振动面转过角度q，因为在铁磁或者亚铁磁等强磁介质中，法拉

5、第旋转角与外加磁场不是简单的正比关系，并且存在磁饱和，所以通常用比法拉第旋转qF的饱和值来表征法拉第效应的强弱。3、磁光调制器工作原理在起偏器和检偏器之间插入一个由交变线圈磁化的磁光石榴石单晶膜，就构成一个磁光调制器。当不加交变电流是，起偏器和检偏器之间的夹角为，外加交变电流时，产生一个旋光角。当不变时，通过的光强I随变化，而由磁场决定，磁场又由电流决定，所以光强实际由外加电流决定。五、实验仪器调整1、将设备放置在导轨上2、接好各个设备之间的连线，将晶体放入磁场中，打开激光器和功率计，调整光路，使光束可穿过电磁线圈中心的磁

6、致旋光材料（检偏器暂不放置）。3、逐步旋转起偏器、晶体，交替调整激光器架子上的螺丝，调整功率计的位置，使功率计指示值为最大（注意调整功率计的档位）。4、将检偏器放置在导轨上，旋转检偏器，使功率计指示值为最小，即起偏器与检偏器正交，处于消光状态。六、实验内容1、按要求调整仪器2、打开线圈驱动电源，将驱动电源电流调至0.5A，此时功率计指示值将发生变化。3、旋转检偏器，使功率计指示值尽可能小，即系统再次为消光状态，记录此时的电流值，与检偏器的角度变化值和方向。4、按一定间隔增大电流，重复上述实验内容。5、用高斯计测量出与电流相

7、应的磁场强度。6、已知L=30.00mm，求出材料的Verdet常数。7、将激光器放到导轨的另一端，重复上述实验内容，并观察、记录旋光方向，并将激光器在不同端的实验中旋光现象进行比较。8、交换驱动电源的电流输出导线，即改变励磁电流的方向，并改变电流大小，观察并记录眩光的方向等现象，记录、整理其中的规律。七、注意事项①实验时不要将直流的大光强信号直接输入进选频放大器，以避免对放大器的损坏。②起偏器和检偏器都是两个装有偏振片的转盘，读数精度都为1°，仪器还配有一个装有螺旋测微头的转盘，转盘中同样装有偏振片，其中外转盘的精度也为

8、1°，螺旋测微头的精度为0.01mm，测量范围为8mm，即将角位移转化为直线位移，实现角度的精确测量。③实验仪的电磁铁的两个磁头间距可以调节，这样不同宽度的样品均可以放置于磁场中间，并且实验中可以将手臂形特斯拉计探头固定架测量中心磁场的磁感应强度。④实验结束后，将实验样品及各元件取下，依次放入手提零件箱