实验五晶体磁光调制实验.doc

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1、实验五晶体的磁光调制实验一、实验目的：1、了解磁光效应的原理。2、掌握磁光调制的调试方法并测量和计算磁光效应的旋光特性和调制特性参数。二、实验仪器：CGT—1磁光调制实验仪，铽玻璃，重火石玻璃，半导体激光器，双踪示波器等。三、实验原理：1、磁光效应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，简称磁光效应，即：(1)式中l为光波在介质中的路径，为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德（Verdet）常数

2、。由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏转等功能性磁光器件，其中磁光调制为其最典型的一种。图1磁光效应示意图如图1所示，在磁光介质的外围加一个励磁线圈就构成基本的磁光调制器件。2直流磁光调制当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面时，偏振光的光强I可以分解成如图2所示的左旋圆偏振光IL和右旋圆偏振光IR（两者旋转方向相反）。由于介质对两者具有不同的折射率nL和nR，当它们穿过厚度为l的介质后分别产生不同的相位差，体现在角位移上有：式中λ为光波波长因(2)如

3、折射率差正比于磁场强度B，即可得（1）式，并由值与测得的B与l求出维尔德常数。图2入射光偏振面的旋转运动3交流磁光调制用一交流电信号对励磁线圈进行激励，使其对介质产生一交变磁场，就组成了交流（信号）磁光调制器（此时的励磁线圈称为调制线圈），在线圈未通电流并且不计光损耗的情况下，设起偏器P的线偏振光振幅为A0，则A0可分解为A0cosα及A0sinα两垂直分量，其中只有平行于P平面的A0cosα分量才能通过检偏器，故有输出光强（马吕斯定律）其中为其振幅。式中为起偏器P与检偏器A主截面之间的夹角，I0为光强的幅值，当线圈通以交流电信号i=i0sinωt

4、时，设调制线圈产生的磁场为B=B0sinωt，则介质相应地会产生旋转角θ=θ0sinωt，则从检偏器输出的光强为：（3）由此可知光输出可以是调制波的倍频信号。以上就是电信号致使入射光旋光角变化从而完成对输出光强调制的基本原理。4磁光调制的基本参量磁光调制的性能主要由以下两个基本参量来描述。（1）调制深度η（4）式中Imax和Imin分别为调制输出光强的最大值和最小值，在的条件下，参照图3应用倍角公式，由（3）式得到在时的输出光强分别为：（5）如图3所示：图3调制光强幅度随旋转角变化的情况（2）调制角幅度θ0令为光强调制幅度将（5）式代入化简得由此可

5、见，若起偏器P与检偏器A主截面间夹角时，调制幅度可达最大值此时调制输出的极值光强为：（6）将此式代入（4）式得时的调制深度和调制角幅度：（7）四、实验装置：磁光调制器系统结构由两大单元组成，分别为光路系统和电路系统：（一）光路系统：由激光管（L）、起偏器（P2）、带调制线圈的磁光介质（TG或ZF6）、有测角装置的检偏器（A），检偏器与光电转换成一体的接收单元(R)以及附加的减光器（P1）和直流励磁的电磁铁（M）等组装在精密光具座上，组成磁光调制器的光路系统。注：铽玻璃与火石玻璃系磁光效应相异悬殊的两种介质，后者因维尔德常数甚小而必须置于电磁铁的励磁

6、线圈中，才能显著呈现出磁光调制现象。实验时两者仅择其一，分别进行操作。光电接收器组件前部的检偏器（A）有两个刻度盘，位于前端的圆盘，其四周由四档0～90°的刻度盘构成（以2.5°分度）。旋转带光孔和刻线的锥体可调圆盘用以粗调检偏器的角度，后面的精密测微量角器，用以细调检偏器的旋角，如图4所示。图4检偏与光电接收组件注：检偏器的粗调盘预置在0度，调节旋角时除大幅角调节外通常只需调节精密测角器即可。（二）电路系统：除激光电源与光电转换接收部件，其余电路组装在主控单元中。图5电路主控单元前面板图5为电路主控单元的仪器前面板图，各控制与显示部分的作用如下：

7、电源开关用于控制主电源，接通时开关指示灯亮，同时对半导体激光器供电外调输入用以对磁光介质施加外接音频调制信号的插座（插入外来信号时内置信号自动断开）。调制加载用于对磁光介质施加交流调制信号（内置1KHz的正弦波）调制幅度用以调制交流调制信号的幅度直流励磁用于对电磁铁施加直流调制电流的开关（仅在打开电源后有效）励磁强度调节直流励磁电流大小，用以改变对磁光介质施加的直流磁场励磁极性用以改变直流磁场的极性的开关解调幅度用以调节监视或解调输出信号的幅度光强指示数字显示经光电转换后的光电流接收强度的量计，可反映接收光强的大小励磁指示数字显示直流励磁电流的量计

8、调制监视将调制信号输出送到示波器显示的插座解调监视将光电接收放大后的信号输出送到示波器显示的插座解调输出解调信号的输出插座