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1、学生姓名：学号：&9专业班级：应物101班实验时间：教师编号：T017 成绩：法拉第效应、实验目的1. 了解和掌握法拉第效应的原理；2. 了解和掌握法拉第效应的实验装置结构及实验原理；3测量法拉第效应偏振面旋转角与外加磁场电流I的关系曲线二、实验仪器本实验采用FD-FZ-I型法拉第-塞满效应综合试验仪，仪器结构示意图如下:胆備傥 id n电慕三、实验原理1.法拉第效应1845年法拉第发现磁场会引起磁性介质折射率变化而产生旋光现象，即加在 介质上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏振面的旋转，且光波偏振 面偏转角（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度D及介质中磁感应强度在光传 播方向上的分量
2、B成正比。此即为法拉第效应。法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。大部分物质的法拉第效应很弱， 掺稀土离子玻璃的法拉第效应稍明显些，而有些晶体如YIG等的法拉第效应较 强。同时，由于法拉第效应弛豫时间极短，对温度稳定性要求低。故法拉第效应有许多重用的应用，如光纤通讯中的磁光隔离器、单通器，激光通讯，激光雷达 等技术中的光频环行器、调制器等，以及磁场测量的磁强计等。磁光隔离器可减 少光纤中器件表面反射光对光源的干扰；磁光隔离器也被广泛用于激光多级放大 技术和高分辨的激光光谱技术，激光选模等技术中。在磁场测量和电流方面，可 测量脉冲强磁场、交变强磁场、等离子体中强磁场、低温超导磁场、几千-几千KV
3、的高压电流等。此外，利用法拉第效应还可研究物质结构、载流子有效质量、 厶匕出经冃匕带寺。不同物质偏振面旋转方向可能不同。通常规定：振动面的旋转方向和产生磁炉!南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文 学号：_39专业班级：应物101班实验时间:教师编号：T017成绩:场的螺旋线圈中电流方向一致，称为正旋(v0);反之，叫做负旋(VV0)。对于给定物质，其固有旋光效应沿顺光线和逆光线方向观察时线偏振光的振 动面的旋向完全相反，因此，当光波往返两次穿过固有旋光物质时振动面复位。而法拉第效应则不然，其旋转方向仅由磁场方向决定，而与光传播方向无关。若 磁场方向不变，光线往返穿过磁致旋光物质时，法拉第转角将
4、加倍。利用该特性, 可令光线在介质中往返数次，从而加强旋转效应。与固有旋光效应类似，法拉第效应也有旋光色散，即V随波长入而变。一束 白色线偏振光穿过磁致旋光物质，紫光振动面要比红光振动面转角大。2.法拉第效应的旋光角及其计算如图，一束平面偏振光可看作由两个等振幅、不同频率的左旋和右旋圆偏振uE0光构成，如（图1）。设线偏振光的电矢量为E,角频率为3,则E为左旋圆偏振光E和右旋圆偏振光E之和。通过长度D的介质后，E和E之间产生相位差LRLR图1旋光示意图D D、D .、（t t）（ ）=（n n）R LV Vc R LR L（1）式中v、t、L Ln及v、LR时间及介质折射率。分别为2及Er通过
5、磁场中磁性介质时的传播速度、出射介质后的线偏振光的转角（法拉第效应旋光角）为 0 D /、a = =（n n ）f 22c R l在磁场B中介质中原子的电子具有势能U,即蛰弟南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文 学号：_39专业班级：应物101班实验时间： 教师编号：T017 成绩：U =/ B = eBL2m B式中e为电子电荷,m为电子质量,LB为电子的轨道角动量在磁场方向的分量。在磁场B的作用下，当平面偏振光通过介质时，光子与轨道电子发生相互作 用，使轨道电子从基态跃迁到较高能级，并获得角动量AL = ALB = h。跃迁后电 子动能不变，而势能增加 U,即eBAU = h2m（+对应于
6、左旋光子；-对应于右旋光子） 由于n = n（加），因此，在磁场作用下，能量为加的左旋圆偏振光子所激发的 跃迁电子的能级结构等于无外磁场时能量为九-AU的左旋光子所激发的跃迁 电子的能级结构相同。因此n (九)=n(九-AU)L亦即n (w) = n(w-)n(w)n)Ldndn 2m同理，对右旋光子，有n (w)祖 n(w) +Rdn 2mn (w) n (w)RLeB d wm dn将式（3）代入式（2）得a =wDB 色=(F 2mc dw嘉风篇DB = V（入）D= V(九)DB（4）其中学生姓名：刘惠文 学号：9专业班级：应物101班实验时间：教师编号：T017 成绩：V（厂（-加红
7、为费尔德常数，反映了介质的特性，其值由介质和工作波长决定。 式（4）即为法拉第效应旋转角的计算公式。它表明法拉第旋光角的大小与样品 厚度、磁场强度成成正比，并且与入射波光波长及介质的色散有密切关系。四、实验内容1.接通灯源，调整各个部件，使之在同一轴线上（接通电源，预热5分钟 使单色仪输出单色光）（1）调节氦氖激光器使光完全通过纵向放置的电磁铁中心的小孔；（2）调节刻度盘高度，使光斑正好打在光电转换盒的通光孔上，此时旋转刻 度盘上的旋钮，可发现光度计读数发生变化；（3）调数显表灵敏度旋钮在合适位置（顺时针增加，逆时针降低）。灵敏度不 同数显表数值跳动的快慢不同（注意：同一波长下选用同一灵敏度）
8、。（4）将检偏镜测角手轮顺时针旋到头后，再逆时针旋转两周，按一下角度数 显表的清零按钮，使角度显示值为零。（5）微动光电流数显表的调零旋钮，使其示值为零。（6）调节样品测试台，并旋动测试台上的调节旋钮，使样品缓慢转动升起， 此时光应完全通过样品；（7）旋动刻度盘上的按钮，改变刻度盘内偏振片的检偏方向。转动刻度盘， 找到光度计示值最小时的角度（此时激光器发出的线偏振光的偏振方向与检偏方 向垂直），通过游标盘读取此时的角度e。12.测量法拉第效应角（1）开启励磁电源，给样品加稳定磁场，法拉第效应产生。将励磁电流由零 增加到ia,观察数显表示值的变化，此时可以看到光度计读数增大。再次转动 刻度盘，使
9、光度计读数最小，读取此时读数e2（2）关闭激光器电源，旋下样品，移动样品测试台，使磁场测量探头正好位 于磁隙中心，读取此时的磁感应强度测量值B,用游标卡尺测量样品厚度，根据公式求出样品的费尔德常数。(3) 改变励磁电流，在不同磁场强度测量三次，取平均值。学生姓名：刘惠文 学号：_39专业班级：应物101班实验时间：教师编号：T017 成绩：五、实验数据处理由实验得到的数据，化简旋光角0、I、B的数据表格123450 /分03121624B/mT2004477289761127I025BLinear Fit of Datal B201510200400600800 1000 1200B/mT20
10、12/11/26 14:29 /Graphl (2456257)Linear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error从软件分析的数据可知:学生姓名：刘惠文 学号：_39专业班级：应物101班实验时间：教师编号：T017 成绩：Vd=0.025分/mT=25分/Td=5mmV=50.5弧分Tcm由资料查的冕玻璃V是（弧分/特斯拉 厘米）E =53&50.5410(%=5.7%所以百分误差536六、实验误差分析1. 实验仪器本身存在的误差2. 读数误差七、实验体会通过做该实验，使我了解和掌握法拉第效应的原理，熟悉了该实验仪器的基本操作，学会测量法拉第效应旋光角、计算费尔德常数。
