下载文档原格式
磁光效应实验报告磁光效应实验报告引言：磁光效应是指材料在磁场作用下产生的光学效应。
这一效应在物理学领域中具有重要的研究价值和应用前景。
本次实验旨在通过磁光效应实验，探究磁场对光学性质的影响，并进一步了解磁光效应的机理。
实验材料与仪器：本次实验所用的材料为磁光材料，其中磁光晶体是最常见的一种。
实验仪器包括磁场发生器、光源、光电探测器、光学元件等。
实验步骤：1. 准备工作：根据实验要求，调整光源的亮度和波长，确保实验环境的稳定性。
2. 设置实验装置：将光源、光电探测器和磁场发生器依次连接起来，确保信号的传输和接收正常。
3. 施加磁场：通过磁场发生器产生稳定的磁场，调整磁场的强度和方向，并记录相关数据。
4. 测量光学性质：将磁光材料放置在磁场中，利用光电探测器测量光的强度变化，并记录相关数据。
5. 数据分析：根据实验数据，进行曲线拟合和统计分析，得出实验结果。
实验结果与讨论：通过实验，我们观察到在磁场的作用下，光的强度发生了变化。
进一步分析数据，我们发现光的强度随着磁场的增加而呈现出线性变化的趋势。
这一结果表明了磁光效应的存在，并证实了磁场对光学性质的影响。
磁光效应的机理可以通过磁光晶体的结构来解释。
磁光晶体中的电子受到磁场的作用，会发生能级的分裂。
当光通过磁光晶体时，受到电子能级的影响，光的传播速度和振动方向会发生变化，从而导致光的强度发生改变。
这种现象被称为磁光效应。
磁光效应在光通信、光存储等领域具有广泛的应用前景。
通过研究磁光效应，可以进一步提高光学器件的性能，实现更高效的光传输和信息存储。
此外，磁光效应还可以用于磁光显示器等领域，为显示技术的发展提供新的可能性。
结论：通过本次实验，我们成功地观察到了磁光效应，并通过数据分析得出了实验结果。
磁光效应的存在证实了磁场对光学性质的影响。
磁光效应的机理可以通过磁光晶体的结构来解释。
磁光效应在光通信、光存储等领域具有广泛的应用前景，为光学器件的性能提升和显示技术的发展提供了新的可能性。
磁光效应简介及其应用作者：陈俊如来源：《科技风》2018年第04期摘要：磁光效应是电磁波在被施加准静态磁场物体中传播的种种现象。
在这些旋磁材料中，左旋和右旋椭圆偏振光可以以不同速率在介质中传播，导致一些很重要的效应。
当光线经过一层磁光物质后，会导致法拉第效应：光线的偏振面可以被旋转，成为法拉第旋光器。
当光线被磁光物质反射后，会产生磁光克尔效应。
在最近的数十年里，光电技术日益在高新领域获得广泛应用，而在同时，以磁光效应为原理的各种器件也展现出了非常独特的性质和极其光明的应用未来。
关键词：磁光效应；法拉第效应；磁光克尔效应；塞曼效应一、法拉第效应法拉第效应又称法拉第旋转，它是一种磁光效应。
他的机理是，在传播介质中，光——可见的电磁波与介质中的磁场会有相互作用。
这个相互作用的结果就是能导致偏振平面的旋转，同时，旋转幅度与磁场沿着光传播方向的投影分量成正比。
对于透明物质，偏振的旋转角弧与磁场的关系为β=γBd在这个公式中，β是旋转的角度，即光波被磁场作用弯折的程度。
而B则是磁场沿光传播方向的投影。
至于d则是光与磁场相互作用的距离。
γ称为韦尔代常数，与材料的本身性质、光波的波长和周围环境温度有密切的关系。
我们先假定韦尔代常数是正数，那么当光的传播的方向和磁场的方向一致的时候，顺着光的传播方向，光波的偏振就会沿着顺时针。
同理，当光的传播的方向和磁场的方向相反时，偏振就是逆时针旋转。
如果存在反射的现象，即光通过介质后，再被反射回来再次穿过介质，那么相当于作用了两次，也就是说旋转角度就会加倍。
二、磁光克尔效应磁光克爾效应是偏振光从有磁畴的铁磁体反射后，偏振面变化；进而引起光的强度变化的现象，称为磁光克尔效应。
这是约翰·克尔于1877年发现的。
磁光克尔效应的原理是：从铁磁体表面反射的极化光，变成了椭圆偏振光；并且其长轴发生转动；转动的大小与表面磁畴的磁化向量成分成正比。
它的物理根源是磁圆二向色性；在磁性材料中，光和自旋轨道偶合，导致对左，右旋的极化光吸收不同的缘故。
第1篇一、实验目的1. 理解磁光效应的原理及其在光学领域中的应用；2. 掌握磁光效应实验的基本操作；3. 通过实验，测定磁光效应中的一些关键参数，如磁光克尔效应和法拉第效应；4. 分析实验数据，得出磁光效应的相关规律。
二、实验原理磁光效应是指电磁波在磁场中传播时，其电磁场分布发生变化的现象。
主要包括磁光克尔效应和法拉第效应。
1. 磁光克尔效应：当线偏振光通过具有磁光性质的介质时，其偏振面会旋转一个角度，称为克尔角。
克尔效应的大小与磁场的强度和介质的磁光常数有关。
2. 法拉第效应：当线偏振光通过具有法拉第效应的介质时，其偏振面会旋转一个角度，称为法拉第角。
法拉第效应的大小与磁场的强度、介质的法拉第常数以及光在介质中的传播速度有关。
三、实验仪器与材料1. 磁光克尔效应实验装置：包括线偏振光源、磁光克尔效应样品、检偏器、光电池等；2. 法拉第效应实验装置：包括线偏振光源、法拉第效应样品、检偏器、光电池等；3. 直流稳压电源、磁铁、光具座、光电池读数仪等。
四、实验步骤1. 磁光克尔效应实验：（1）将线偏振光源发出的光通过检偏器，得到线偏振光；（2）将线偏振光照射到磁光克尔效应样品上，调节磁铁的位置，使样品处于磁场中；（3）通过检偏器观察光电池的输出信号，记录克尔角；（4）改变磁场强度，重复上述步骤，得到一系列克尔角数据。
2. 法拉第效应实验：（1）将线偏振光源发出的光通过检偏器，得到线偏振光；（2）将线偏振光照射到法拉第效应样品上，调节磁铁的位置，使样品处于磁场中；（3）通过检偏器观察光电池的输出信号，记录法拉第角；（4）改变磁场强度，重复上述步骤，得到一系列法拉第角数据。
五、实验数据整理与归纳1. 对磁光克尔效应实验数据进行处理，得到克尔角与磁场强度的关系曲线；2. 对法拉第效应实验数据进行处理，得到法拉第角与磁场强度的关系曲线；3. 根据实验数据，分析磁光克尔效应和法拉第效应的规律。
六、实验结果与分析1. 磁光克尔效应实验结果表明，克尔角与磁场强度呈线性关系，符合磁光克尔效应的规律；2. 法拉第效应实验结果表明，法拉第角与磁场强度呈线性关系，符合法拉第效应的规律；3. 通过实验，验证了磁光效应在光学领域中的应用，如光学隔离器、光开关等。
磁光效应的解释和应用磁光效应是一种非常特殊的物理现象，它能够在磁场和光之间相互转换。
具体来说，就是在一个磁场中，光线可以被偏转方向。
这个现象神秘而神奇，被广泛地应用在各个领域，包括科学研究、医疗、通信和娱乐等方面。
本文将介绍磁光效应的基本原理和它的一些应用。
磁光效应的基本原理磁光效应是指当光线穿过磁场时，它的偏振方向会被改变的现象。
这个现象可以通过克尔效应来解释。
克尔效应是指在磁场中，不同方向的偏振光线速度不同，因而会产生不同的相位差，从而导致整个光波面的旋转。
更具体地说，当光线通过具有磁性材料时，它会与材料中的磁电荷相互作用，从而导致光线的偏振方向发生变化。
这个过程可以进一步分为常磁性和巨磁性两种情况。
常磁性是指材料中的原子磁矩与磁场方向不一致，这个情况下发生的克尔效应叫做Faraday效应。
而在巨磁性材料中，磁电荷的方向与磁场方向相同，因此会导致Cotton-Mouton效应。
磁光效应的应用磁光效应在科学研究、医疗、通信和娱乐等领域都有广泛的应用。
在科学研究方面，磁光效应被广泛用于材料磁性、磁场和磁畴的研究。
通过测量磁光的旋转角度，可以确定磁场的强度和方向。
磁光效应还常用于开发和研究磁场和磁性材料的新型传感器和器件。
在医疗方面，磁光效应被应用于磁共振成像(MRI)。
在MRI中，利用磁光效应来感测人体内部磁场的小变化，通过这种方式可以创造出人体内部对不同成分的特定效果图像，以诊断不同的病症。
同时，MRI还可以用于医学研究和药物开发等方面。
在通信领域，磁光效应被广泛应用于光学通信中。
磁光器件（Magneto-optical Devices）是一种把电信信息转化为光信号的器件。
通过磁光器件转化，光信号可以更好地保持原信息，并且能够更快地在波长间切换，实现更快速和高质量的数字通信。
在娱乐领域，磁光效应也有一些应用。
例如，磁光图像, 是一种让图像通过光线的磁光效应呈现出立体效果的图像。
这些图像需要使用特定的眼镜来观看，因为它们有双效性。
１７卷５期（总１０１期）１９世纪中至２０世纪初是科学发现的黄金时期，各领域的伟大发现如雨后春笋般涌出，若干种对于了解固体物理特性并揭示其内部电子态结构有着重要意义的磁光效应现象也相继被发现，但至２０世纪６０年代末，对这一现象的研究主要集中在基础理论的探索和实验数据的积累方面。
近几十年来，当光电子技术在新兴高科技领域获得日益广泛应用的同时，以磁光效应原理为背景的各种磁光器件也显示了其独特的性能和极为广阔的应用前景，并引起了人们浓厚的兴趣。
一、磁光效应（Ｍａｇｎｅｔｉｃ－ｏｐｔｉｃａｌＥｆｆｅｃｔ）磁光效应指的是具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使光波在其内部的传输特性也发生变化的现象。
１８４５年，英国物理学家法拉第（Ｆａｒａｄａｙ）发现，入射光线在被磁化的玻璃中传播时，其偏振面会发生旋转，这是物理学史上第一次发现的磁光效应，称之为法拉第效应。
受法拉第效应的启发，１８７６年克尔（Ｋｅｒｒ）又发现了光在磁化介质表面反射时偏振面旋转的现象，即磁光克尔效应。
随之在八九十年代又发现了塞曼效应和磁致线双折射效应。
法拉第效应当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象称为磁致旋光效应，这一效应最早由法拉第发现，通常又称为法拉第旋转效应。
如图１所示，假设有一圆柱形磁光介质，沿着轴线方向外加一稳恒磁场Ｈ（此磁场值处在法拉第旋转器件的工作区内）。
在这种情况下，将发生法拉第旋转效应，光波的偏振面绕传输轴连续右旋（相对于Ｈ而言），直至磁光介质的终端，偏振面右旋了某一角度!。
法拉第效应可分为右旋和左旋两种：当线偏振光沿着磁场方向传播时，振动面向左旋；当光束逆着磁场方向传播时，振动面将向右旋。
磁光克尔效应磁光克尔效应指的是一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光，而以椭圆的长轴为标志的“偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。
这个角度通常被称为克尔转角，记作"ｋ，如图２所示。
按照磁化强度取向磁光克尔效应又大致分为三种情况：（１）极向克尔效应，即磁化强度Ｍ与介质表面垂直时的克尔效应；（２）横向克尔效应，即Ｍ与介质表面平行，但垂直于光的入射面时的克尔效应；（３）纵向克尔效应，即Ｍ既平行于介质表面又平行于光入射面时的克尔效应。
在磁光存储技术中主要应用的是极向克尔效应。
塞曼效应１８８６年，塞曼（Ｚｅｅｍａｎ）发现当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条谱线分裂为几条具有完全偏振态的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，后人称此现象为塞曼效应。
塞曼效应证实了原子具有磁矩和在磁场空间取向量子化，从塞曼效应的实验结果可以推断能级分裂的情况，根据光谱线分裂的数目可以知道量子数Ｊ的数值，根据光谱线分裂的间隔可以测量ｇ因子的数值，因此，塞曼效应是研究原子结构的重要方法之一。
磁致线双折射效应磁致线双折射在磁光晶体的光学研究中也会经常遇到。
构成介质的分子有各磁光效应及其应用周静王选章谢文广图１法拉第效应图２克尔效应・４５・现代物理知识向异性的性质，即具有永久磁矩。
在不加磁场时各分子的排列杂乱无章，使得介质在宏观上表现为各向同性，而在加上足够强的外磁场时，分子磁矩受到了力的作用，各分子对外磁场有了一定的取向，从而使介质在宏观上有了各向异性的性质。
在磁场中的介质，当光以不同于磁场的方向通过它时，也会出现象单轴晶体那样的双折射现象，称为磁致线双折射效应。
磁致线双折射效应又包括科顿—穆顿效应（Ｃｏｔｔｏｎ－Ｍｏｕｔｏｎｅｆｆｅｃｔ）和瓦格特效应（Ｖｏｉｇｔｅｆｆｅｃｔ），通常把铁磁和亚铁磁介质中的磁致线双折射称为科顿—穆顿效应，反铁磁介质中的磁致线双折射称为瓦格特效应。
二、磁光效应的应用虽然有关磁光现象的理论研究快速发展，但其相应的实用性研究直到上个世纪５０年代才开始。
美国贝尔实验室的狄龙于１９５６年在偏光显微镜下，利用透射光观察到了钇铁石榴石单晶中的磁畴结构。
从此，各种以磁光效应为基础的磁光器件相继研制开发出来，如磁光调制器、磁光隔离器、磁光传感器及磁光盘等。
磁光调制器磁光调制器是利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束。
磁光调制器有广泛的应用，可作为红外检测器的斩波器，可制成红外辐射高温计、高灵敏度偏振计，还可用于显示电视信号的传输、测距装置以及各种光学检测和传输系统。
磁光调制器的原理如图３所示。
在没有调制信号时，磁光材料中无外场，输出的光强随起偏器与检偏器光轴之间的夹角!变化。
在磁光材料外的磁化线圈加上调制的交流信号时，由此而产生的交变磁场使光的振动面发生交变旋转。
由于法拉第效应，信号电流使光振动面的旋转转化成光的强度调制，出射光以强度变化的形式携带调制信息。
调制信号，比如说是转变成电信号的声音信号，经磁光调制，声信息便载于光束上。
光束沿光导纤维传到远处，再经光电转换器，把光强变化转变为电信号，再经电声转换器（如扬声器）又可以还原成声信号。
磁光隔离器在光纤通信、光信息处理和各种测量系统中，都需要有一个稳定的光源，由于系统中不同器件的连接处往往会反射一部分光，一旦这些反射光进入激光源的腔体，会使激光输出不稳定，从而影响了整个系统的正常工作。
磁光隔离器就是专为解决这一问题而发展起来的一种磁光非互易器件。
普通的磁光隔离器结构如图４所示。
其核心部分由两偏振片和法拉第旋光器组合，利用法拉第旋光器的非互易性，使正向传输的光无阻挡地通过，而全部排除从器件接点处反射回来的光，从而有效地消除了激光源的噪声。
目前的光隔离器主要有偏振相关型与偏振无关型两种类型，前者又分空间相关型光隔离器、磁敏光纤偏振相关隔离器、波导型隔离器等，后者包括Ｗａｌｋ－ｏｆｆ型光隔离器和Ｗｅｄｇｅ型在线式偏振无关光隔离器。
光纤电流传感器现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求，传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验。
随着光纤技术和材料科学的发展而发展起来的光纤电流传感系统，因具有很好的绝缘性和抗干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系列优越性，而受到人们的广泛重视。
图３磁光调制器图４磁光隔离器图４磁光隔离器・４６・１７卷５期（总１０１期）!!!!!!!!!!!!!"!!!!"!!!!!!!!!!!!!"!!!!"科苑快讯通常光纤电流传感器结构如图５所示。
其工作原理是：由光源发出的光经过起偏器后变为线偏振光，该线偏振光在光纤里面传输，光纤绕制在电流导线上面，由于法拉第效应，线偏振光的偏振角度发生偏转，从而导致光强发生变化，在末端偏振检测器检测到法拉第偏角引起的线偏振光强度变化，从而测量出实际电流的大小。
磁光记录磁光记录是近十几年迅速发展起来的最先进的信息存储技术，它兼有磁盘和光盘两者的优点。
磁光盘广泛应用于国家管理、军事、公安、航空航天、天文、气象、水文、地质、石油矿产、邮电通讯、交通、统计规划等需要大规模数据实时收集、记录、存储及分析的领域，特别是对于集音、像、通讯、数据计算、分析、处理和存储于一体的多媒体计算机来说，磁光存储系统的作用是其他存储方式无法代替的。
磁光纪录的主要过程大致可分为：信息的写入和擦除，信息的读取两部分。
具有垂直各向异性的磁性薄膜为记录介质，采用数字信号存储。
记录时，在外磁场作用下热磁写入。
根据不同材料的性能，热磁写入分为居里点写入和补偿点写入。
图６表示了磁光存储介质的记录原理：在外加磁场Ｈ的同时再加上表示信息的脉冲激光束，激光束照射的介质部分由于吸收光能而温度升高，假设垂直于膜面向下，我们定义为“０”状态。
信息写入时，磁光读写头的脉冲激光聚焦在介质表面（通常激光斑的直径１μｍ），被照射的部分温度升高，当达到居里点或补偿点时，被照射的部分变为顺磁状态，在冷却过程中通过读写头的线圈施加一个反偏场，使之反向磁化，磁矩垂直于膜面向上，为“１”状态，从而实现信息的写入。
此外，要在已有信息的磁光盘上重新记录新的信息时，可先用连续激光照射介质，同时外加一个与记录磁场强度相同，但方向相反的磁场，使磁矩全部沿外加磁场方向排列以抹去旧信息，然后再进行新记录操作。
当记录信号以后，需要对信号读出，这就是磁光记录的重放过程。
该过程是用光读出记录在介质内的磁化强度的取向的，整个过程利用了光和磁的相互作用—克尔效应：一束线偏振光照射磁性记录介质的某一区域时，其反射或透射光为椭圆偏振光，以椭圆的长轴为标志的偏振面相对于入射光的偏振面有一转角，其大小由这一区域的磁矩取向决定。
不同局域的磁矩指向，对应于不同的偏角，如图７所示，由此可以对记录信号进行读取。
近年来，新的磁光材料不断被发现，对磁光特性的研究也日益深入，以磁光效应为基础的磁光器件更加展现出其广阔的应用空间。
（周静王选章哈尔滨师范大学物理系１５００２５；谢文广黑龙江大学物理学院１５００８０）图６信息写入图７信息读取########################################能“听”到肾结石破碎声的回声探测仪据英国广播公司报道，英国科学家发明一种能“听”到肾脏中结石破碎声音的“回声探测仪”，仪器能捕捉结石击碎时形成的声波回声，根据回声的音调医生能判断碎石成功的程度。
根据研究者提供的资料，新型碎石机虽无法避免Ｘ光检查，至少能减少Ｘ光检查的次数，医生常常利用Ｘ光检查来了解碎石的效果。
正如研制者之一的南安普敦大学季姆・莱托恩教授指出的：“这就像敲击停在车站上的列车轮子一样，如果轮子上有裂缝，则轮子发出的声音更闷哑。
”莱托恩还指出，这种新型碎石机能与计算机相连，这时碎石情况可以通过显示器上的彩色信号来评估：绿色表示结石已被粉碎，红色表示结石仍完整保留。
在５０名患者身上进行的试验结果表明，新型碎石机具有很高的效率。
（周道其译自《俄罗斯医学信息网》２００４／１１／８）・４７・。
