晶体磁光效应.docVIP

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级： 姓名： 同组者： 教师： 晶体磁光效应 【实验目的】 1. 理解磁光效应的物理意义； 2. 掌握法拉第旋转角的测量方法； 3. 计算物样品的费尔德常数。 【实验原理】 1、法拉第效应实验规律 当磁场不是非常强时，法拉第效应中偏振面转过的角度θ，与沿介质厚度方向所加磁场的磁感 应强度B及介质厚度L成正比，即： （1—1） 式中比例常数V叫做费尔德常数，由物质和工作波长决定，它表征物质的磁光特件，随波长λ的 增加而减小。实验表明，法拉第旋光方向仅由磁场方向决定，而与光的传播方向无关。 2、法拉第效应的旋光角 一束线偏振光可以视为两个频率相等，振幅相等的左旋和右旋圆偏振光的叠加，它们在加有磁 场的介质中传播的速度不同，也就是两偏振光在介质中的折射率不同，在介质中通过相同的距离， 产生的相位延迟不同。设线偏振光的电矢量为。角频率为ω，真空中的波长为λ。 的传播速度为，折射率为。 的传播速度为，折射率为。正入射到磁场中的介质时， 两光振动的相位差为零。通过长度D的介质后，出射的线偏振光相对于入射介质前的线偏振光振动 方向转过的角度即为法拉第效应的旋转角： （1—2） 3、法拉第旋转角的计算 在磁场作用下，具有能量为的左旋光子所遇到的轨道电子能级机构等于不加磁场时能量为的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构（其中），因此有 （1—3） （1—4） 同理，右旋光量子，有： （1—5） （1—6） 把式?(1—5)和式(1—6)代入式(1—3)得： （1—7） 其中，称费尔德常数，它反映了介质材料的光学特性。对于CGS制，则有： （1—8） （1—9） （1—7）和（1—9）就是法拉第效应旋转角的计算公式。它表明法拉第旋光角的大小和样品厚度成正比，和磁场强度成正比，并且和入射波光的波长及介质的色散有密切关系。 【实验装置】 半导体激光器，偏振片，光功率计，光学导轨，滑座，电磁铁，特斯拉计，样品。实验装置图如下图图1所示。 图1 法拉第效应实验装置图 【实验内容】 1、仪器调整 1）调正激光器的位置，使得出射光线与电磁铁的通光孔在一条水平线上。 2）注意在电磁体中间样品的位置，通光孔径应与样品表面垂直。 打开激光器光源及光功率计的电源，预热5分钟，使仪器工作状态处于稳定。 实验步骤：测量法拉第效应偏振面旋转角θ与外加磁场电流I的关系曲线。 关闭实验室顶灯，打开试验台上小台灯，并注意使功率计处于位于台灯的背光处； 调整靠近激光器的偏振片P1的偏振方向，使透过样品的光功率最强； 调整靠近功率计的偏振片P2的偏振方向，使功率计的读数显示最小（可能小于零）； 记录样品处（记住此位置，每次都在同一位置处测量B）的磁感应强度，记为B0； 记录P2指针的角度读数，记为φ01； 6）打开电磁铁电源，逐渐增加直流电流至0.3A，测量样品的B值，不再增加后，边观察光 功率计读数，边旋转偏振片P2，调整旋转方向使得光功率计读数逐渐减为最小，记录P2指针的角度 读数，记为φ0.31； 即为0.3A直流电流下第一次测量的角度读数（法拉第旋转角）； 8）缓慢降低直流电流至零，（注意：不能直接关闭电源）测量样品的B值，待B值不再改 变或者等于B0后，边观察光功率计读数，边旋转偏振片P2，使得光功率计读数逐渐减为最小，记 录P2指针的角度读数，记为φ0.31’; 9）即为0.3A直流电流下第一次测量的重复误差； 10） 11）逐渐增加直流电流至0.3A，测量样