物理研究报告性实验报告_法拉第磁光效应

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1、.基础物理实验研究性报告实验编号：S10院（系）名称材料科学与工程学生姓名学号学生姓名学号学生姓名学号法拉第磁光效应实验..目录摘要2关键词2第一部分：实验过程及结果2一：实验重点2二：实验原理21．法拉第效应32．法拉第效应的唯象解释43．磁光调制原理84．磁光调制器的光强调制深度10三：仪器介绍11四：实验内容131．电磁铁磁头中心磁场的测量（图5.16.7）132．正交消光法测量法拉第效应实验（图5.16.8）143．磁光调制实验（图5.16.9）16五：注意事项17六：数据及其处理171．电磁铁磁头中心磁场的测量172．正交消光法测量法

2、拉第效应实验183．磁光调制实验19第二部分：实验后讨论分析21一：实验中误差来源与分析21二：我讨论的内容22第二种方法测量法拉第效应实验22三：磁光效应的应用251磁光调制器262磁光隔离器263磁光传感器264磁光记录275磁光环行器27四：实验后收获与感想27主要参考文献：28..摘要M.Faraday(1791-1876)本文对磁光效应实验的原理、步骤、仪器进行了简要的介绍，并对实验数据进行处理以及误差分析。另外根据我们研究的内容，（1）本报告以“费尔德常数V的测量”实验为研究对象，除使用了“正交消光法”外还研究了“调制倍频法”，同时

3、对比讨论了两种方法的优缺点，并得出了一些结论。研究后还进一步改进了“调制倍频法”，使实验结果更准确。（2）本报告中举例说明磁光效应在我们生活中的应用。此外，我们深入理解实验，最后说明了实验的收获与感想。关键词法拉第效应、电磁感应强度、费尔德常数调制倍频法第一部分：实验过程及结果一：实验重点①用特斯拉计测量电磁铁磁头中心的磁感应强度，分析线性范围。②法拉第效应实验：正交消光法检测法拉第旋光玻璃的费尔德常数。③磁光调制实验：熟悉磁光调制的原理，理解倍频法精确测定消光位置。④磁光调制倍频法研究法拉第效应，精确测量不同样品的费尔德常数。二：实验原理..

4、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q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：q=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，即与磁场强度有线性关系；而对铁磁性或亚铁磁性材料（如YIG等立方晶体材料），与不是简单的线性关系。图5.16.1法拉第磁致旋光效应不同的物质，偏振面旋转的方向也可能不同。习惯

5、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。2．法拉第效应的唯象解释从光波在介质中传播的图象看，法拉第效应可以做如下理解：一束平行于磁场方向传播的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。..图5.16.2法拉第效应的唯象解释如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度c/nR和左旋圆偏振光的传播速度c/nL不等，于是通过厚度为的介质后，便产生不同的相位滞后：，（5.16.2）式中l为真空中的波长

6、。这里应注意，圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移；相位滞后即角位移倒转。在磁致旋光介质的入射截面上，入射线偏振光的电矢量E可以分解为图5.16.2(a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光ER和EL，通过介质后，它们的相位滞后不同，旋转方向也不同，在出射界面上，两个圆偏振光的旋转电矢量如图5.16.2(b)所示。当光束射出介质后，左、右旋圆偏振光的速度又恢复一致，我们又可以将它们合成起来考虑，即仍为线偏振光。从图上容易看出，由介质射出后，两个圆偏振光的合成电矢量E的振动面相对于原来的振动面转过角度q，其大小可以由图5.16.2(b)直接看出，因为（5

7、.16.3）所以（5.16.4）由（6.16.2）式得（5.16.5）当nR>nL时，q>0，表示右旋；当nR0，表示左旋。假如nR和nL的差值正比于磁感应强度B，由（5.16.5）式便可以得到法拉第效应公式（5.16.1）。式中的..为单位长度上的旋转角，称为比法拉第旋转。因为在铁磁或者亚铁磁等强磁介质中，法拉第旋转角与外加磁场不是简单的正比关系，并且存在磁饱和，所以通常用比法拉第旋转qF的饱和值来表征法拉第效应的强弱。式(5.16.5)也反映出法拉第旋转角与通过波长l有关，即存在旋光色散。微观上如何理解磁场会使左旋、右旋圆偏振

8、光的折射率或传播速度不同呢？上述解释并没有涉及这个本质问题，所以称为唯象理论。从本质上讲，折射率nR和nL的不同，应归结为在磁场作用下，原子能级及量子