法拉第效应解读.pptx

法拉第效应 山东大学 2013级物理学院 沙松霖 温新宇 法拉第效应 1845年法拉第在探索电磁现象和光学现象之间的联系时，发现了一种现象：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中，沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度，即磁场使介质具有了旋光性，这种现象后来就称为法拉第效应或磁致旋光效应。 法拉第效应 设θ为偏振光通过位于磁场中的物质后振动面所转过的角度。根据量子理论，法拉第效应中偏振面转过的角度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： θ=VBL 式中比例常数V叫做费尔德常数，费尔德常数表征着物质的磁光特性，是物质的一种固有属性。 旋光效应 1811年,阿喇果在研究石英晶体的双折射特性时发现:一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时,其振动平面会相对原方向转过一个角度。 天然旋光现象：偏振光通过某些物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过一定的角度。 天然旋光物质：能产生旋光现象的物质（如石英晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）。 旋光效应 一定波长的线偏振光通过旋光介质时，光振动方向转过的角度? 与在该介质中通过的距离l成正比:θ=αl ?:旋光率，表征了该介质的旋光本领，与光波长、介质的性质及温度有关。 天然旋光物质的旋光特点: 线偏振光通过天然旋光物质时，旋光方向决定于光的传播方向。 如果线偏振光往返一次通过天然物质，振动面方向不变。 法拉第效应VS旋光效应 法拉第效应的旋光特点：法拉第效应的旋光方向决定于外加磁场方向，与光的传播方向无关，即法拉第效应具有不可逆性。 如果线偏振光往返一次通过磁光物质，振动面旋转过2? 法拉第效应VS旋光效应 法拉第效应VS旋光效应 与自然旋光效应类似，法拉第效应含有旋光色散，即费尔德常数 随波长 而变。一束白色线偏振光穿过磁致旋光物质，紫光的振动面要比红光振动面转过的角度大。这就是旋光色散。 实验表明，磁致旋光物质的费尔德常数 随波长的增加而减小。旋光色散曲线又称法拉第旋转谱。 实验装置图 实验过程中应注意的问题 1. 施加或撤除磁化电流时，应先将电源输出电位器逆时针旋回到零，以防止接通或切断电源时磁体电流的突变。 2. 为了保证能重复测得磁感应强度及与之相应的磁体激磁电流的数据，磁体电流应从零上升到正向最大值，否则要进行消磁。 3. 测量过程中，不能直接关闭直流恒流电源，要逐渐减小电流直到为零。 4. 必须使用交流稳压电源，电压的波动和浪涌对数值表和光源入射光强产生影响，测量存在误差，使数值表的读数不准确。 5. 关启单色仪入射狭缝时，切勿过零。 6. 电流表显示溢出，可关小单色仪入射狭缝或调整放大倍数。 法拉第效应的应用 法拉第效应有许多方面的应用，它可以作为物质结构研究的手段，如根据结构不同的碳氢化合物，其法拉第效应表现的不同来分析碳氢化合物；在半导体物理的研究中，它可以用来测量载流子的有效质量和提供能带结构的知识；在电工技术测量中，它还被用来测量电路中的电流和磁场；特别是在激光技术中，利用法拉第效应的特性，制成了光波隔离器或单通器，这在激光多级放大技术和高分辨激光光谱技术中都是不可缺少的器件。此外，在激光通讯、激光雷达等技术中，也应用了基于法拉第效应的光频环行器、调制器等。