法拉第效应(修改).docx

法拉第效应【摘要】本实验我们分别采用倍频法和消光法研究了偏振光穿过了磁场中的ZF6，MR3-2等玻璃后的偏转角与磁场强度B的关系，得出法拉第旋光角跟磁场成线性关系，通过旋光角和磁场的关系式表达费尔德常数，同时计算了波长为632.8nm时的费尔德常数。【关键词】法拉第效应 法拉第旋光角 费尔德常数引言 1845年英国物理学家法拉第发现原本没有旋光性的铅玻璃在磁场中出现了旋光性，这种磁致旋光现象后来被称为法拉第效应，着也是人类第一次认识到电磁线想和光现象之间的相互关联。后来，费尔德研究了许多介质的磁致旋光效应，发现法拉第效应普遍存在与固体，液体和气体中，只是大部分物质的法拉第效应很弱，儿参稀土的离子玻璃的费尔德常数稍大。近年来研究的磁性石榴石等晶体的费尔德常数等大一些。法拉第效应只是磁光效应中的一种。磁光效应是描述在磁场的作用下，具有固有磁矩的介质中传播的光气无力性质发生变化的现象，比如光的频率，偏振面，相位等性质发生了变化。磁光效应有很多种，常见的法拉第效应，塞满效应，克尔效应科顿-穆顿效应和磁激光散射等。法拉第效应的应用是极其广泛的。它可以作为物质结构的研究手段。在光谱学中，可以用以研究激发能级的有关信息。如今利用法拉第效应制成的偏频盒，环形器，相位器，Q开关等快速控制激光参数的各种元件，已广泛应用于激光雷达激光测距，光纤通信中。本实验的目的是通过实验理解法拉第效应的本质，掌握测量旋光角的基本方法，并测量集中不同类型材料的的旋光角，同时计算费尔德常数。实验原理1）法拉第效应所谓的法拉第效应就是说，当在光的传播方向上加上一次强磁场时，平面偏振光穿过处于该磁场的样品后，其偏振面会偏转一个角度。实验结果表明，光的偏振面旋转地角度与其介质中的传播距离及介质中的磁感应强度在光传播方向上的分量成正比，即………(1)上式中，称为费尔德常数，它由材料本身的性质和工作波长决定的，表征物质的磁光特性。在不同的物质中，光的偏振面旋转地方向也可能不同，且偏振面的旋转方向与外加磁场的方向有关。一般约定旋转方向与产生磁场的螺线管中的电流方向一致时，法拉第旋转是左旋，而0；反之则0，法拉第旋转是右旋。2）法拉第效应的原理一束平行于磁场方向的平面偏振光E，可以看做两束等副的左旋和右旋元偏振光的叠加。当有外磁场存在时，由于磁场的使得物质的光学性质发上改变，左旋右旋园偏振光在介质具有不同的直射率和传播速度，着两园偏振光在介质中通过同样的距离后就具有不同的相位移：…….(2)(3)其中，是分别为左旋右旋园偏振光的相位；，分别为左旋右旋园偏振光在介质中的折射率；胃真空中的波长。实际上，园偏振光的相位就是其旋转电厂的矢量的角度位移，而线偏振光的电场强度矢量E应始终位于的角平分线上。，即………..(4)若，有0，表示右旋。，有0,则表示左旋。对于可见光，……….(5)式中，，为电子轨道磁矩在外磁场的中的经典拉莫尔进动频率。同理，当入射光胃右旋偏振光时推导出折射率为……….(6)而无磁场时介质的色散公式为：……….(7)在外加磁场的作用下，电子受破振动的频率，这是对应于吸收光谱的赛慢效应。由于得变化导致了折射率的变化，并且左右园偏振光的变化是不同的，尤其是在，差别更为突出，法拉第效应最为突出。由此可见，法拉第效应跟赛慢效应起源于同一个物理过程。有以上推断通过积分微分得到……….(8)令，则3）测量法拉第旋光角的光调制法（1）磁光调制器倍频法在磁光调制器的检偏器前插入待测样品，经过调制的线偏振光通过样品，当样品被磁化时，偏振面由原来的方向旋转F角，并在范围内摆动。若检偏器允许通过的光的偏振方向与的夹角为β，则光通过检偏器后的强度为 （12）展开上式中的余弦项，同时在θ′很小的前提下，利用近似关系以及，可得 （13）上式第一项为一直流信号，第二项为基频信号，第三项为倍频信号。当≠90°时，倍频信号与基频信号相比可以忽略；当≠90°，但接近90°时，基频信号减小，出现倍频信号；当＝90°时，上式只有第三项，此时透过检偏器的强度为 （14）上式表明，在消光位置时，基频信号消失，仅剩下倍频信号。测量时，旋转检偏测角仪，根据被测样品放入前后两次出现倍频信号的位置，即可确定被测样品的法拉第旋光角。反之，当样品的旋光角已知，也可精确测量该样品的厚度。（2）消光法调制线圈断电时，实验装置中偏光仪器仅剩下两个偏振片。把样品置于两个偏振片中间，调节检偏器，当它允许的方向和样品的固有偏振方向垂直时，它得到的电流是最小的。当样品加上磁场后，它的偏振方向偏转了θF。旋转检偏器，使其光强再次达到最小值。此时检偏器所旋转的角度就是要测量的法拉第旋光角了。光强的大小通过示波器读出，光强最小时，电位线