法拉第磁光效应实验

法拉第效应一．实验目的1．初步了解法拉第效应的经典理论。

2．初步掌握进行磁光测量的方法。

二．实验原理1．法拉第效应实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度F θ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H B 成正比，这个规律又叫法拉第一费尔得定律，即F H VB l θ=()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，这个系数称为费尔得常数，它与光频和温度有关。

几乎所有的物质都有法拉第效应，但一般都很不显著。

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线管中电流方向一致的，叫正旋（0V >）反之叫负旋（0V <）。

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坐标的旋转方向，只由B 的方向决定和光的传播方向无关，这个光学过程是不可逆的。

光线往返一周，旋光角将倍增。

而自然旋光则是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。

与自然旋光类似，法拉第效应也有色散。

含有三价稀土离子的玻璃，费尔德常数可近似表示为：()122t V K λλ-=-()2这里K 是透射光波长t λ，有效的电偶极矩阵元，温度和浓度等物理量的函数，但是与入射波长λ无关。

这种V 值随波长而变的现象称为旋光色散。

2．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，可以看作是两柬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人射光的两旋转电矢量作用下，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M F ，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。

法拉第效应0810290 赵志强————实验报告一、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=VBL3．法拉第效应与自然旋光的区别4．了解磁光调制原理二、实验原理1845年，法拉第在探索电磁现象和光学现象之间的联系时发现，当平面偏振光穿透某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表明其旋转角θ正比于外加的磁场强度B，这种现象称为法拉第（Faraday）效应，也称磁致旋光效应或磁光效应。

法拉第效应的定量描述是法拉第—费尔德定律θ=VBl （1）式中θ为旋光角，B为磁场磁感强度，L为光波在介质中的路径，V为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德（Verdet）常数。

三、实验装置1、光源系统：白炽灯光源，单色仪，聚光灯筒，起偏镜；2、磁场系统：电磁铁，激磁电源，高斯计；3、样品介质系统：样品介质，样品盒；4、旋光角监测系统：检偏测角仪，光电倍增管，直流复射式检流计，高压电源；四、实验内容测量法拉第旋光角，并记录数据五、数据记录六、数据处理1、λ~ϕ关系曲线B=2000Gauss765432B=4000Gauss2、不同波长下，磁场与偏转角的关系λ=4600nm λ=5000nmλ=5400nmλ=5800nm七、注意事项1.当励磁电流较高时（2A以上），螺线管会发热，属正常现象。

但如果工作时间较长，应断电冷却后再继续工作。

2.螺线管两端有挡片，玻璃样品只能从螺线管有活动挡片的一端放入/取出。

实验中注意不要打碎样品。

3.实验结束时要将磁场电流减小到0，关掉仪器电源，整理好仪器，填写好仪器记录。

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。

VBd=θ专业物理实验法拉第磁旋光效应一、 实验目的.1. 通过对重火石玻璃磁光效应的测量，加深磁场对光学介质物性常数影响的理解；2. 了解光波隔离器的工作原理。

二、 实验原理.1845年，法拉第发现，当一束平面偏振光沿着磁场方向通过受磁场作用的物质，如玻璃、二硫化碳、汽油等时，透射光的偏振面会转过一个角度。

这种磁致旋光现象称为法拉第效应。

它和发生于糖溶液中的自然旋光效应是不同的。

在法拉第效应中，对于给定的物质，偏振面的旋转方向相对于实验室坐标只由磁场B 的方向决定，和光的传播方向无关，是不可逆的光学过程。

光线往返一周，累积旋光角倍增。

而自然旋光效应是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。

利用法拉第效应的这一特性，可制造一种不可逆的光学仪器：光波隔离器或单通器。

此外，法拉第效应还可用于物质结构和半导体物理方面的研究。

当磁场不是非常强时，法拉第效应中偏振面转过的角度θ，与沿介质厚度方向所加磁场的磁感应强度B 及介质厚度d 成正比，即（1）式中比例常数V 叫做费尔德常数。

几乎所有的物质都存在法拉第效应。

不同的物质偏振面旋转的方向可能不同。

设想磁场B 是由绕在样品上的螺旋线圈产生的。

习惯上规定：振动面的旋转方向和螺旋线圈中电流方向一致，称为正旋（V >0）；反之，叫做负旋（V < 0）；V 由物质和工作波长决定，它表征物质的磁光特性。

根据自然旋光的菲涅耳唯象描述，对于法拉第效应可作这样的经典解释：一束平行于磁场方向传播的平面偏振光可看作两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加，进入介质后由于磁场的作用使得它们以稍微不同的速度⎪⎭⎫ ⎝⎛l r n c n c ,向前传播，从介质出射后，合成线偏振光，偏振面相对于入射光转过了一定的角度。

图1 线偏振光沿磁场方向传播下面来进行旋转角度的计算：设有一束偏振光沿介质磁场方向穿过介质，如图1所示。

入射线偏振光的场强为n 为空气中的折射率。

在进入介质的地方（z = 0） 进入介质后分成右旋、左旋圆偏振光。

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】磁光效应是指光与磁场中的物质，或光与具有自发磁化强度的物质之间相互作用所产生的各种现象，主要包括法拉第效应、科顿—穆顿效应、克尔磁光效应、塞曼效应和光磁效应等。

线偏振光透过放置磁场中的物质，沿着（或逆着）磁场方向传播时，光的偏振面发生旋转的现象称为法拉第磁光效应，也称法拉第旋转或磁圆双折射效应,简记为MCB 。

一般材料中，法拉第旋转（用旋转角ϕΔ表示）和样品长度l 、磁感应强度B 有以下关系V l B ⋅⋅=ΔϕV 是与物质性质、光的频率有关的常数,称为费尔德（Verde ）常数。

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。

用经典电子论处理介质色散的方法，可导出磁光效应的旋转角公式为： 12e dn lB m d ϕλλΔ=−其中：e 、m 为电子电荷和质量，λ为光波波长，dn d λ为无磁场时介质的色散，B 为磁场强度在光传播方向上的分量，l 为晶体的长度。

上式表明，磁致旋光角的大小除了与晶体的长度、磁场的大小成正比，还与入射光的波长、介质的色散有密切关系。

图1 法拉第磁光效应在本实验中，我们需要测量的是磁致旋光角ϕΔ与磁场B 、入射光波长λ之间的关系。

为了测量旋光角ϕΔ，将检偏镜P2安装在旋转支架中，旋转支架由步进电机带动，可带动偏振镜作360度旋转。