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法拉第效应法拉第效应[摘要]本实验通过励磁电流产生磁场并测量了励磁电流和磁感应强度的关系；利用磁光调制倍频法测量了ZK2、ZF7、MR3玻璃的B -θ关系并根据它们的关系计算费尔德常数；根据法拉第旋光效应和自然旋光的不同，通过设计让偏振光往返两次通过样品测量其旋光角，验证法拉第效应的“旋光非互易性”。
关键词：法拉第效应、费尔德常数、磁光调制倍频法、旋光非互易性一、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，这种磁致旋光现象被称为法拉第效应。
法拉第效应只是磁光效应的一种，磁光效应是描述在磁场的作用下，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。
法拉第效应的应用领域极其广泛。
它可以作为物质结构研究的手段，可以用来研究激发能级的有关信息，可以用来测量电路中的电流和磁场。
另外，法拉第效应的非互易性使得它在激光技术、光纤通信技术中获得重要应用。
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，并测量几种不同类型材料的旋光角，同时学会计算费尔德常数。
二、实验原理1. 法拉第效应法拉第效应是指，当在光的传播方向上加上一个强磁场时，平面偏振光穿过处于该磁场中的样品后，其偏振面会偏振一个角度。
实验结果表明，光的偏振面旋转的角度F θ与其在介质中传播的距离l 及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B 成正比，即：Bl V d F )(λθ= （1）上式中，比例系数)(λd V 为费尔德常数，由材料本身的性质和工作波长决定，表征物质的磁光特性。
法拉第效应与自然旋光不同。
由于在法拉第效应中，偏振面的旋转方向只由磁场的方向决定，光线往返一周，旋光角将倍增，这称为法拉第效应的“旋光非互易性”。
而自然旋光过程是可逆的，当光正反两次通过自然旋光物质时，其旋光角会相互抵消，总旋光角为零。
2. 法拉第效应的原理将一束平行于磁场方向传播的平面偏振光E 看作是两束等幅的左旋L E 和右旋R E 圆偏振光的叠加。
实验四、磁光调制实验[实验目的]1.了解法拉第效应的工作原理；2.掌握磁光调制器件性能参数的测量方法；[实验原理]原来没有旋光性的透明介质，如水、铅玻璃等，放在强磁场中，可产生旋光性，这种现象称为法拉第效应。
具体的现象是，把磁光介质放到磁场中，使光线平行于磁场方向通过介质时，入射的平面偏振光的振动方向就会发生旋转，转移角度的大小与磁光介质的性质、光程和磁场强度等因素有关。
对于不同的介质其振动面的旋转方向不同，顺着磁场方向看，使振动面向右旋的，称为右旋或正旋介质，反之，则称为左旋或负旋介质。
ψ＝VlBcosα式中，ψ为振动面旋转的角度， l为光程，B为磁感应强度，α为光线与磁场的夹角，V为比例常数，称费尔德常数，单位rad/Tm，它与磁光介质和入射光的波长有关，是一个表征介质磁光特性强弱的参量。
对于给定的磁光介质，振动面的旋转方向只决定于磁场方向，与光线的传播方向无关。
这点是磁光介质和天然旋光介质之间的重要区别。
就是说，天然旋光性物质，它的振动面旋转方向不只是与磁场方向有关，而且还与光的传播方向有关。
例如，光线两次通过天然性的旋光物质，一次是沿着某个方向，另一次是与这个方向相反，观察结果，振动面并没旋转。
可是磁光物质则不同，光线以相反的两个方向两次通过磁光物质时，其振动面的旋转角是叠加的。
因此，在磁致旋光的情况下，使光线多次通过磁光物质可得到旋转角累加。
图1 磁光调制器结构简图磁光调制器就是根据法拉第效应制成的，其结构见图67-1。
将磁光介质（铁钇石榴石Y3Fe5O12或三溴化铬CrBr3）置于激磁线圈中。
在它的左右两边，各加一个偏振片。
安装时，使它们的光轴彼此垂直。
没有磁场时，自然光通过起偏振片变为平面偏振光通过磁光介质。
达到检偏振片时，因振动面没有发生旋转，光因其振动方向与检偏振片的光轴垂直而被阻挡，检偏振片无光输出。
有磁场时，入射于检偏振片的偏振光，因振动面发生了旋转，检偏振片则有光输出。
光输出的强弱与磁致的旋转角ψ有关。
法拉第磁光效应（一）实验目的1、了解磁光效应现象和法拉第效应的机理。
2、测量磁致旋光角，验证法拉第—费尔德定律θ=VBL 。
3、法拉第效应与自然旋光的区别。
4、了解磁光调制原理。
实验原理1、法拉第效应实验表明，在磁场不是非常强时，如图5.16.1所示，偏振面旋转的角度与光波在介质中走过的路程d及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量B 成正比，即：θ=VBd（5.16.1）比例系数V由物质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性，这个系数称为费尔德（Verdet）常数。
费尔德常数V与磁光材料的性质有关，对于顺磁、弱磁和抗磁性材料（如重火石玻璃等），V为常数，即θ与磁场强度B有线性关系；而对铁磁性或亚铁磁性材料（如YIG等立方晶体材料），θ与B不是简单的线性关系。
图5.16.1 法拉磁致旋光效应表5.16.1为几种物质的费尔德常数。
几乎所有物质（包括气体、液体、固体）都存在法拉第效应，不过一般都不显著。
不同的物质，偏振面旋转的方向也可能不同。
习惯上规定，以顺着磁场观察偏振面旋转绕向与磁场方向满足右手螺旋关系的称为“右旋”介质，其费尔德常数V>0；反向旋转的称为“左旋”介质，费尔德常数V<0。
对于每一种给定的物质，法拉第旋转方向仅由磁场方向决定，而与光的传播方向无关（不管传播方向与磁场同向或者反向），这是法拉第磁光效应与某些物质的固有旋光效应的重要区别。
固有旋光效应的旋光方向与光的传播方向有关，即随着顺光线和逆光线的方向观察，线偏振光的偏振面的旋转方向是相反的，因此当光线往返两次穿过固有旋光物质时，线偏振光的偏振面没有旋转。
而法拉第效应则不然，在磁场方向不变的情况下，光线往返穿过磁致旋光物质时，法拉第旋转角将加倍。
利用这一特性，可以使光线在介质中往返数次，从而使旋转角度加大。
这一性质使得磁光晶体在激光技术、光纤通信技术中获得重要应用。
表5.16.1 几种材料的费尔德常数（单位：弧分/特斯拉·厘米）物质（mm）V水589.3 1.31⨯102 二硫化碳589.3 4.17⨯102轻火石玻璃589.3 3.17⨯102重火石玻璃830.0 8⨯102～10⨯102冕玻璃632.8 4.36⨯102～7.27⨯102石英632.8 4.83⨯102磷素589.3 12.3⨯102与固有旋光效应类似，法拉第效应也有旋光色散，即费尔德常数随波长而变，一束白色的线偏振光穿过磁致旋光介质，则紫光的偏振面要比红光的偏振面转过的角度大，这就是旋光色散。
§8.1 法拉第磁光效应法拉第磁光效应是一种通过外加电磁场方式产生旋光现象的实验现象，充分反应了光与物质之间的相互作用。
磁光效应在许多领域都有着广泛应用，如强磁场测量、磁光材料等。
【实验目的】了解法拉第磁光效应的基本规律；学习掌握使用光传感器及虚拟仪器软件测量Verdet 常数的方法。
【实验原理】观察法拉第效应的装置如下图所示，由起偏器P1产生线偏振光，光线穿过带孔的电磁铁，沿着（或逆着）磁场方向透过样品，当励磁线圈中没有电流（无磁场）时，使检偏器P2的偏振方向与P1正交，这时发生消光现象。
这表明，振动面在样品中没有旋转，通过励磁电流产生强磁场后，则发现必须将P2的振动方向转过角ϕ，才出现消光，这表明，振动面在样品中转过了ϕ，这就是磁致旋光或法拉第效应。
对于给定的物质，振动面的旋转与样品的长度l 、磁感应强度B 成正比。
V l B ⋅⋅=Δϕ其中比例系数V 叫做Verdet 常数。
由原子物理的有关知识，可得：2e dn V mc d l l= 其中：e,m 为电子电荷和质量，c 为光速，n 为光在透明介质中的折射率，它是波长λ的函数n(λ)，这个定义适合广泛的光谱范围。
对于重火石玻璃14231.810()dn m d l l-¥= 因此V 正比于1/λ2: 1421.8102e V mc l -¥=-◊ (3)荷质比e/m 可以根据纯光学测量和已知光速计算得到。
在一些物质中用这种方法得到的e/m 值和理论值符合得很好，说明在这些物质中，法拉第效应是由于电子得本征振动引起的。
在这个实验中，磁场的强度不足以使方程（1）和（2）发生数量级的变化。
所以我们只做以下的工作。
Δ和磁场B的关系。
a）验证ϕb)证明Verdet常数随波长增加而减少。
将细绳交叉着系在检偏片上，并将它们装在量角器上，这样就能精确的确定光转过的角度。
所有偏振片的设置多可以通过这种方法读出。
【实验仪器】100W 汞灯偏振片线圈高斯计单色滤光片光传感器虚拟仪器【实验内容】1 实验装置调整如下图，将绳系在检偏器上，参照检偏器的量角器使绳处于正确的位置和角度，最好用丝绳。
磁光晶体的法拉第效应法拉第效应是指在磁场中，光线通过磁光晶体时出现的偏振旋转现象。
磁光效应是许多材料中的一种特殊光学效应，它与磁场的强度和方向有关。
磁光晶体在磁场中产生的法拉第旋转是基于光的偏振态的改变。
磁光晶体是一种具有特殊光学性质的晶体材料。
通过控制磁场的强度和方向，可以改变光线的传播方向和偏振状态。
磁光晶体广泛应用于光通信、光存储和光信息处理等领域。
磁光晶体的法拉第效应是由磁光晶体的磁性和光学性质共同作用而产生的。
当光线通过磁光晶体时，光的偏振方向会发生变化，这种变化与磁场的强度和方向有关。
当外加磁场作用在磁光晶体上时，会引起晶格中的电子重新排列，从而影响光的传播。
磁光晶体的法拉第效应可以分为正法拉第效应和反法拉第效应。
正法拉第效应是指光的偏振方向与磁场的方向相同，光线在通过磁光晶体时逆时针旋转。
反法拉第效应是指光的偏振方向与磁场的方向相反，光线在通过磁光晶体时顺时针旋转。
正、反法拉第效应的大小与磁场的强度和磁光晶体的特性有关。
法拉第效应的大小可以通过法拉第转角来表示。
法拉第转角是指光线通过磁光晶体后偏振方向的改变角度。
法拉第转角与磁光晶体的长度、磁场的强度和偏振方向有关。
法拉第效应的强度与磁光晶体的磁感应强度成正比，与光线的波长和磁光晶体的厚度成反比。
磁光晶体的法拉第效应在光通信和光存储中有着重要的应用。
在光通信中，磁光晶体可以用作光调制器，通过控制磁场的强度和方向来调节光信号的传输速度和方向。
在光存储中，磁光晶体可以用来存储和读取光信号，通过磁场的作用来改变光信号的偏振方向和传播路径。
除了光通信和光存储，磁光晶体的法拉第效应还可以应用于光信息处理和激光器等领域。
在光信息处理中，磁光晶体可以用来处理光信号，实现光信号的调制、滤波和分析等功能。
在激光器中，磁光晶体可以用来调节激光器的输出功率和频率，实现激光器的稳定和调谐。
磁光晶体的法拉第效应是一种基于磁场的光学现象，通过控制磁场的强度和方向，可以改变光线的传播方向和偏振状态。
法拉第效应引言法拉第效应（Faraday Effect）是指当光线通过受磁场作用的物质时，光线的传播方向会发生旋转的现象。
这个现象是1852年英国物理学家迈克尔·法拉第首先发现并描述的。
法拉第效应不仅在物理学中具有重要意义，而且在光学传感器、光纤通信和磁场测量等领域也得到广泛应用。
原理法拉第效应的产生基于磁光色散效应。
当线偏振光通过受磁场作用的物质时，光的传播方向会产生旋转。
这一旋转的现象可以通过法拉第转角来度量。
法拉第转角（Verdet Constant）是一个物质特性，表示单位长度内磁场引起的光传播方向旋转的角度。
如果磁场方向与光传播方向垂直，则法拉第转角达到最大。
应用光学传感器法拉第效应可用于光学传感器，特别是磁场传感器。
通过将光纤固定在受磁场影响的物质附近，当磁场改变时，光纤中的光将发生相应的传播方向旋转。
通过测量光传播方向旋转的角度，可以推断出磁场的强度和方向。
这种光学传感器具有高精度、快速响应和不受电磁干扰的优点，被广泛应用于磁场测量和磁共振成像等领域。
光纤通信法拉第效应在光纤通信领域也得到了应用。
由于光纤材料的法拉第转角是一个固定值，通过控制磁场的强度和方向，可以实现对光信号的相位调制。
这样可以在光纤中传输信息，并实现光信号的调制和解调。
法拉第效应在光纤通信中起到了重要作用，提高了光纤通信的传输速率和容量。
磁场测量由于法拉第效应与磁场的强度和方向紧密相关，因此可以通过测量光传播方向的旋转角度来精确测量磁场的强度和方向。
这种磁场测量方法具有高精度、快速响应和不受外部电磁干扰的优势，被广泛应用于科学研究、电磁学实验和工业生产等领域。
例如，地球的磁场测量和磁共振成像都是基于法拉第效应的原理。
结论法拉第效应是磁光色散效应的一种表现形式，描述了当光通过受磁场作用的物质时，光传播方向发生旋转的现象。
由于法拉第效应与磁场的强度和方向紧密相关，因此它在光学传感器、光纤通信和磁场测量等领域得到广泛应用。
