法拉第效应
1845年8月，英国科学家法拉第发现原来没有旋光性的重玻璃在强磁场作用下产生旋光性，使偏振光的偏振面发生偏转。磁致旋光效应后来称为法拉第效应。法拉第效应有许多应用，特别是在激光技术中制造光调制器、光隔离器和光频环行器，在半导体物理中测量有效质量、迁移率等。
一、实验目的
1． 了解法拉第效应的原理；
2． 观察线偏振光在磁场中偏振面旋转的现象，确定维尔德（Verdet）常数；
3． 验证偏振面旋转角度、光波波长和磁场强度间的关系。
二、实验器材
12v/100w卤素灯、法拉第效应实验仪、光电器件及平衡指示仪、
三、实验原理
介质因外加磁场而改变其光学性质的现象称之为磁光效应。其中，光通过处于磁场中的物质时偏振面发生旋转的效应较为重要，我们称这种偏振面的磁致旋转效应为法拉第效应（Faraday effect）。它与克尔效应一起揭示了光的电磁本质，是光的电磁理论的实验基础。法拉第在寻找磁与光现象的联系时首先发现了线偏振光在通过处于磁场当中的各向同性介质时其偏振面发生旋转的现象。在磁场不是非常强时，偏振面的旋转角度 与介质的厚度S及磁感应强度在光的传播方向上的分量B成正比
VBS （1）
比例系数V成为维尔德（Verdet）常数，它取决于光的波长和色散关系，一般物质的维尔德常数比较小，表1给出了几种材料的维尔德常数V。
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，光矢量的旋转方向只由磁场的方向决定，而与光的传播方向无关，即当光线经样品物质往返一周时，旋光角将倍增。
线偏振光可看作两个相反偏振量σ+和σ –的圆偏振光的相干叠加，从原子物理知识可知，磁场将使原子中的振荡电荷产生旋进运动，旋进的频率等于拉莫尔频率，即L =Bme,这里e和m分别为振荡粒子的电荷和质量，B为磁场强度。线偏振光的σ+和σ –分量有不同的旋进频率，分别为L 和L，相应的折射率n+和n-，相速度v+和v- 都不同，而在物质 波长（nm） 维尔德V（弧分/特斯拉·厘米）
一、实验目的
1. 了解和掌握法拉第效应的原理及其在光学和电磁学中的应用。
2. 熟悉法拉第效应实验装置的结构和操作方法。
3. 测量法拉第效应产生的偏振面旋转角度，验证法拉第效应的基本规律。
4. 计算法拉第效应的费尔德常数，了解其与样品材料、磁场强度和光波波长之间的关系。
二、实验原理
法拉第效应是指当一束平面偏振光通过含有重金属或稀土离子的光学介质时，在介质中沿光的传播方向加上一个强磁场，偏振面会发生旋转的现象。这种现象与磁场强度、光波波长和样品材料有关。
法拉第效应的基本原理如下：
1. 当光波通过介质时，光波的电场会使介质中的电子发生受迫振动，产生感应电流。
2. 感应电流产生的磁场与外加磁场相互作用，使得光波在介质中的传播速度发生变化。
3. 由于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的传播速度不同，从而导致偏振面发生旋转。
法拉第效应的旋转角度θ与磁场强度B、光波波长λ、介质厚度d和费尔德常数V的关系为：
θ = V B d λ
三、实验装置
1. 光源系统：包括白炽灯、透镜组、单色仪和斩光器。
2. 磁场系统：包括电磁铁、供电电源和特斯拉计。
3. 样品介质：选择含重金属或稀土离子的光学玻璃，制成圆柱状。
4. 旋光角检测系统：包括检偏测角仪、前置放大器、锁相放大器和光电倍增管。
四、实验步骤 1. 连接实验装置，确保各部分连接正确。
2. 打开电源，调整光电倍增管电压至650V，观察输出指示，确保不过载。
3. 记录消光角，即法拉第转角的零点。
4. 逐渐增大磁场强度，分别在0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000Oe时测量检偏角。
法拉第效应
法拉第效应
【摘 要】 本实验研究了磁致旋光现象，测量了ZK2、ZF7、MR3玻璃的旋光⾓度与磁场⼤⼩的关系并判断出了三个样品的法拉第旋转⽅向；计算了波长为632.8nm时的费尔德常数；设计了实验进⾏了对于⾃然旋光与法拉第旋光的区分。
【关键词】 磁致旋光 法拉第效应 费尔德常数 ⾃然旋光1. 引⾔
1845年英国物理学家法拉第（1791-1867）发现原本没有旋光性的铅玻璃在磁场中出现旋光性，之中旋光现象后来被称为法拉第效应。磁光效应是描述在磁场作⽤下，在具有固有磁矩的介质中传播的光其物理性质发⽣变化的现象。法拉第效应应⽤领域极其⼴泛，可以作为物质结构研究的重要⼿段。
本实验的⽬的是通过实验理解法拉第效应的本质，掌握旋光⾓的基本⽅法，并测量⼏种不同类型材料的旋光⾓，学会计算费尔德常数。⽐较法拉第旋光以及⾃然旋光的区别。2. 实验原理
介质中原⼦的轨道电⼦具有磁偶极矩µ，有s L m e 2-=µ； 磁场作⽤下，⼀个电⼦的磁矩具有势能ψ，有：
s L m
eB B 2=-=ψµ （1） s L 为电⼦轨道⾓动量沿磁场⽅向的分量。
此时若偏振光通过介质时，光⼦与轨道电⼦相互作⽤，电⼦由基态激发。发⽣能级跃迁时电⼦吸收了光量⼦⾓动量π2h ±
；跃迁后电⼦动能不变，势能增加?ψ； 对于左旋光⼦： meBh π4+=?ψ (2) 对于右旋光⼦： m
eBh π4-=?ψ （3） 同时光量⼦失去?ψ的能量，⼜由于介质对光的折射率n 为光⼦能量（π
ω2h ）的函数。 ω
ωπωd dn m eB n h n n L L 2)()2(-≈?ψ-= （4） ωωπωd dn m eB n h n n R R 2)()2(-≈?ψ-= （5）
经过⼀系列的近似得：λ
λλd dn mc e V 2)(-= （6） 实验测量⽤到了倍频法或消光法进⾏了测量，分别介绍如下：
（1）倍频法：起偏器做⼩⾓度振动，与不振时相⽐，偏离量θ'；β为F θ为检偏夹⾓；则在检偏后：)(cos 20θβ'±=I I （7） )2c o s 1(s i n 2
实验报告
法拉第效应
学号:1010239 姓名:黄万通 实验时间:2013年3月19日下午
一、 实验背景
在磁场中,光与物质的电磁作用成为磁光效应，有三种表现：
（1）塞曼效应
把具有光辐射的原子在磁场中，原子光谱发生分裂的现象；
（2）法拉第效应
在磁场作用下，平面偏振光沿着磁场方向通过放在此磁场
中的透明介质时，光的偏振面发生旋转的现象；
（3）弗埃特效应
在磁场作用下，平面偏振光沿着垂直磁场方向通过放在此磁场中的透明介质时，光便产生双折射的现象；
二、 实验目的
(1)了解磁光效应现象和法拉第效应的作用机制；
(2)掌握旋光角的测量方法，学会使用有关仪器；
(3)学会用重要物理量的经典值验证实验原理和实验精度。
三、 实验原理
把样品（任何透明固体和液体）介质放在均匀磁场中，使一束平面偏振光沿着磁场方向透过该样品，结果其透射光仍为平面偏振光，但偏振角却旋转了一个角度，旋转角度的大小正比于磁场强度。
（1） 在磁场作用下的旋光作用
在磁场作用下,处于磁场中的介质呈现各向异性,其光轴方向为沿着磁场的方向。
把电矢量𝐸看成两个圆偏光成分（左旋偏振光𝐸𝐿和右旋偏振光𝐸𝑅）的矢量合成。则在磁场作用下通过介质时，由于𝐸𝑅比𝐸𝐿慢，通过介质后的𝐸𝐿和𝐸𝑅之间将产生位相差𝜃，合成矢量𝐸将旋转一个角度𝜑=𝜃2，有：
DD=RLRLDnnVVc =2RLDnnc
其中𝐷为介质厚度，𝑛𝑅为在磁场作用下，右旋偏光通过介质的折射率，𝑛𝐿为在磁场作用下，左旋偏光通过介质的折射率。
（2）法拉第旋光角的计算
介质中原子的轨道电子具有磁偶极矩和势能𝑉有：
平面偏振光通过介质时，光子与轨道电子发生交互作用，使轨道电子发生能级跃迁，势能增加。
介质对光的折射率为:
nn
在磁场作用下，具有能量ℏ𝜔的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构，等价于不加磁场时能量为ℏ𝜔−∆𝑈𝐿的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构。因此有：
