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法拉第效应 131120188 陈伟 一、实验目的 1、了解法拉第效应的原理。 2、初步掌握进行磁光测量的方法。 二、实验原理 1、法拉第效应 偏振面的磁致偏转可以这样描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度 与光波在介质 中走过的路程ℓ及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量 成正比，即 = Vℓ 比例系数V 由物质和工作波长决定，表征着物质的旋光特性，这个系数称为费尔德常数。 不同物质的振动面旋转的方向可能不同。一般规定：旋转方向与产生磁场的螺旋线中电流方 向一致的叫正旋（V0 ），反之交负旋（V0 ）。 法拉第效应与自然旋光不同，在法拉第效应中，对于给定的物质，偏振面相对于实验室的 旋转方向只由B 的方向决定而与光的传播方向无关，这个光学过程是不可逆的，光线往返一 周，旋光角倍增。而自然旋光则是可逆的，光线往返一周，累计旋光角为零。与自然旋光类 似，法拉第效应也有色散（见图一）。含有三价稀土离子的玻璃，费尔德常数可以近似表示 为： V = K(2 − 2)−1 K 是透射光波长 、有效的电偶极矩矩阵元、温度和浓度等物理量的函数，但是与入射波 长λ无光。这种V 值随波长而变的现象称为旋光色散。 图一、室温下铈+3玻璃的旋光色散曲线 1、法拉第效应的经典理论 从光波在介质中传播的图像看，法拉第效应可以这样理解：一束平行于磁场方向传播的 平面偏振光，可以看作是两束等幅的左旋和右旋偏振光的叠加，左旋和右旋是相对于磁场方 向而言的。介质中受原子核束缚的电子在入射光的两旋转矢量作用下，作稳态的圆周运动。 在与电子轨道平面相垂直的方向上加一个磁场 B，则在电子上将引起径向力 （即洛伦兹 力），力的方向决定于光的旋转方向和磁场方向。因此，电子所受的总径向力（ 加上束缚 力）可以有两个不同的值。轨道半径也可以有两个不同的值。结果，对于一个给定的磁场就 会有两个电偶极矩，两个电极化率。这样，磁场的作用就使左旋圆偏振光的折射率 和右旋 圆偏振光的折射率 不等，通过厚度为ℓ 的介质后，将产生不同的位相滞后： 2 2 = ( ) ℓ, = ( ) ℓ 上式中是光在真空中的波长。圆偏振相位的位相即旋转矢量的角位移，位相滞后即角 位移的倒转。在介质的入射面上，入射的平面偏振光E 可以分解为图二（a ）中所示的两个 旋转方向不同的圆偏振光 和 。通过介质后，它们的位相滞后不同，旋转方向也不同。在 出射面，两个圆偏振光的旋转矢量如图二（b）所示，从介质出射后，两个圆偏振光的合成 矢量E 的偏振方向相对于原来的方向转过的角度是： − = = ( ) ( − ) 2 假如 和