（光學(xué)專業(yè)論文）基于偏振光法拉第磁光效應(yīng)的磁場成像研究.pdf

西北大學(xué)學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)聲明書 本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文 作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西北大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的 復(fù)印件平u 電子版。本人允許論文被查閱和借閱。學(xué)?？梢詫⒈緦W(xué)位論文的全部或部分內(nèi) 容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位 滄文。同時(shí)，本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律注明作者單位 為西北大學(xué)。 保密論文待解密后適用本聲明。 學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名： 壟望：建： 年月日) o 口易年6 月f o 日 一一一一一一一一一一一一一 【獨(dú)創(chuàng)性聲明】 西北大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得 的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，本論文不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。也不包含為獲得西北大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名 導(dǎo)師簽名 瘩。，旗、 j d 口6 摘要 目前，利用偏振光磁光效應(yīng)進(jìn)行科學(xué)研究的領(lǐng)域越來越多，如研究宇宙磁場、 觀察微觀磁場結(jié)構(gòu)等諸多方面。利用磁光效應(yīng)原理還可制作各種光學(xué)器件和測量 傳感器。這些新技術(shù)往往具有以往技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 與此同時(shí)，有些研究者利用磁光效應(yīng)來研究太陽磁場。而將此原理用于對地 球磁場的研究，在國內(nèi)外還很少有報(bào)道。本文作者的導(dǎo)師李小俊副研究員提出了 一種新的地球磁場測量方法，是將磁光效應(yīng)原理用于對地球磁場的研究，以實(shí)現(xiàn) 對地磁場進(jìn)行三維立體成像研究，該方法克服了現(xiàn)有磁測方法的諸多局限性，可 提高地磁場測量的效率。 本文闡述的就是地磁成像技術(shù)體系的部分實(shí)驗(yàn)工作，所以它的一個(gè)直接目的 就是為地磁成像技術(shù)研究提供一些可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和行之有效的實(shí)驗(yàn)方案，并對 該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探索工作。本文就我們所做的主要工作進(jìn)行闡述，其中包括： 1 系統(tǒng)闡述了目前關(guān)于偏振光的磁致旋光效應(yīng)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用，重點(diǎn)介 紹磁致旋光地磁成像方法的基本工作原理及特點(diǎn)，以及需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn) 工作。 2 由于發(fā)生磁致旋光現(xiàn)象的入射光是偏振光，文中介紹了偏振光的產(chǎn)生及 依據(jù)的理論布儒斯特定律，并敘述了地表物質(zhì)反射太陽光的偏振特 性實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這對地磁成像探測器的定向具有指導(dǎo)作用。 3 法拉第磁光效應(yīng)發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)是磁光介質(zhì)，磁致旋光效應(yīng)正是線偏光 與該介質(zhì)發(fā)生作用的結(jié)果。因此，文中介紹了磁光效應(yīng)的原理，和我們 所做介質(zhì)磁致旋光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、磁場的測量實(shí)驗(yàn)，并對磁致旋光參量 費(fèi)爾德常數(shù)隨各種因素變化的規(guī)律進(jìn)行了研究。 4 我們研究的目的是：地磁成像方法最終要得到三維磁場信息。然而，要 實(shí)現(xiàn)該方案，必須先解決磁場二維成像問題，因此我們在實(shí)驗(yàn)室里對局 部磁場進(jìn)行了二維成像實(shí)驗(yàn)。目前，可獲取磁鐵產(chǎn)生的局部磁場二維分 布圖。并計(jì)算了磁場在光線傳播方向分量的平均值。 關(guān)鍵詞：法拉第磁光效應(yīng) 布儒斯特定律 地表反射光偏振特性 費(fèi)爾德常數(shù)地磁測量 磁致旋光成像 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h et e i t o r yi sm o r ea n dm o r et l l a ts c i e n t i f i cf e s e a r c hm a k eu s eo fp 0 1 a f i z e d l i g h tm a g l l e t o * 叩t i ce 骶c t i n g ，f o re x a m p l e ，s t u d y i n gm a g n c t i co fu n i v e r s e ，o b s e f 、r i n g t h es t r u c l u r eo fm i c r o c o s mm a g n e t i c ，a n ds oo n av a r i e t yo fo p t i c a li n s t r u m e n ta n d m e a s u r e m e n ts e s o ra r em a d eb ym a g n e t o o p t i ce 行c c t ，u s u a l l yt h en e wt e c h n o l o g yi s s u p e r i o rt ot h ef o m l e l a tt h es a m et i m e ，s o m er c s e a r c h e rs t u d yt h em a g n e t i co fs u no nt h eb a s i so f m a g n e t o o p t i ce 此c t h o w e v e r ，t h e r e h a v eb e e nf e wr e p o n so nt h cm a g i i c t i cb y m e a n s0 ft h i st h e o r e m 主nt h ew o r l d l x i a 兩u nv i c e e s e a r c h e rt h a ti sm yt u t o rh a s e x p o u n d e dan e wm e t h o d o l o g yt om e a s u r cm a g n e t i co nt h eb a s i so fi t b yt h en e w m e t h o d o l o g yt h a to n er e s e a r c h e st h em a g n e t i ci no r d e rt op u r s u et h r e e d i m e n s i o n a l s p a c ep h o t o g r a p h i n gf b rt h em a g n e t i c ，w ec a no v e r c o m em u c hl i m i t a t i o n i nt h e m e a s u r e m e n tm a g n c t i co nh a n d ，a n dw ec a ni m p f o v et h em e a s u f e m e n te 施c i c n c 弘 a p 缸o(hù) fe x p e r i m e n ta r ee x p o u n d e di nm ep a p c r w h i c hi sa b o u tm a 髓e t o 。o p t i c a l i m a g et e c h n o l o g yf o rm a g n e t i c ，a n ds ot h ep u f p o s eo f e e rs o m er e l i a b l ed a t aa n ds o m e e f f e c t i v ee x p e r i m e n tp r o j e c tf o ri t ，b e s i d e ss e a r c l l i n gt ob eo n t oa c h i e v et l l e t e c h n o l o g y t h em a i nr e s e a r c hi sf o l l o w s ： 1 t 1 1 i sp a p e rs u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n t ，a p p l i c a t i o n0 fp o l a r j z e dl i g h ta n d m a g n e t o o p t i c a lr o t a t i o ne 如c tt e c h n o l o g ya tp r e s e m 1 te s p e c i a l l yj n t r o d u c e st h e t h e o r e ya n d f c a t u r ea b o u tm a g l l e t o o p t i c a li m a g ct e c h n o l o g yi nm a g n c t 如趾d i n t r o d u c e ss o m et a s kt ob eo l a t e l 2 s i n c ct h ei n c i d e mr a yw h i c hm a g t 0 - o p t i ce 虢c tb r i i 嶝a b o u ti sp o l 盯i z e d l i 曲t ，t h i sp a p c ri n t r o d u c e sh o wp o h f i z e dl i g h th 印p e n sa n db r e w s t e rl a w ，a l l d a c c o u n t st h ep o l a r i z e dp e c u l i a r i t yc x p e r i m e n tw h i c hr e f l e c t ss u n sr a y sf r o mm ef a c e o ft h ee a r t h t h e nt h er c s u l ti sa s s a y e di d e t a i l ，w h i c hc a nd e t c 冊i n et h ed i r e c t i o no f p h o t o 掣a p h i n gd e t e c t o ro fm a g i l e t i c 3 t h em a t e r i a lb a s ei sm a g n e t o o p t i cm a t e f i a lt l l a tf a r a d a ym a g n e t o o p t i ce f 艷c t b f i n g sa b o u ， w h i c hi st h er c s u i tt l l a t p l a n ep o l a r i z e dl i g h tj n t e f a c tb e t w e e n m a 釅e t o o p t i cm a t e 血1 s ot h ep 印e ri n 昀d u c c st l l ep r i n d 癬eo fm a 弘e t o - o p l i ce f f c c t ， a n dt t l ed i e l e c t r 呈cm a g n e t o - o p t i cm t a t i o ne x p e r i m e n ta n da b o u tm e a s u r i n gm a g n e t i c w h i c hw eh a v ed o n e ，t h e nr e s e a r c h e sv e r d ec o n s t a l l tl a w b yd i f f c r e n t 越n d so ff a c t o r s 2 1 1 2 利用偏振光觀察微觀磁場結(jié)構(gòu) 運(yùn)用光學(xué)方法對磁場的圖像進(jìn)行觀察研究的工作也已經(jīng)不少。1 9 5 6 年，貝爾 實(shí)驗(yàn)室的d i l l o n 等人在偏振光顯微鏡下，應(yīng)用透射光觀察到了釔鐵石榴石( y i g ) 單晶材料中的磁疇結(jié)構(gòu)，后來有研究者利用磁光效應(yīng)也觀察到反鐵磁體n i 0 單晶 體的磁疇結(jié)構(gòu)。研究者還利用磁光效應(yīng)和掃描近場顯微鏡發(fā)展了一種磁疇結(jié)構(gòu)的 彩也成像技術(shù)，應(yīng)用這一成像技術(shù)可以直觀地顯現(xiàn)材料的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)磁疇結(jié)構(gòu)。 此外，近j r 束迅速發(fā)展的磁光渦流成像技術(shù)，利用磁光效應(yīng)以及電磁感應(yīng)原理， j 以緇劍材料或機(jī)什中裂紋和缺陷的圖像，被廣泛應(yīng)用于無損檢測領(lǐng)域。 1 1 3 利用偏振光的磁光效應(yīng)研究宇宙磁場 早在1 9 0 8 年，g e h a l e 通過塞曼( z e e m a n ) 效應(yīng)發(fā)現(xiàn)太陽黑子的磁場，這是 太陽磁場研究的丌端，由于在紅外區(qū)塞曼裂距比較大，實(shí)測的斯托克斯輪廓比可 見區(qū)精確，因此自上世紀(jì)7 0 年代開始，利用紅外光的塞曼效應(yīng)進(jìn)行磁場測量的 研究發(fā)展較快。1 9 9 7 年紫金山天文臺(tái)的葉式輝在紫金山天文臺(tái)臺(tái)刊中描述：利 用對在太陽色球?qū)?、光球最深層和光球上層形成的紅外磁敏線的探測，可以研究 太陽大氣中很大范圍的磁場。 現(xiàn)在，天文學(xué)家由星體磁光現(xiàn)象的觀測與研究，發(fā)現(xiàn)了很多磁星，并且測定 了白矮星的磁場、中子星的磁場、銀河系和河外星系的磁場、星系際空間磁場、 星系團(tuán)內(nèi)部空間的磁場以及宇宙磁場等等。如由脈沖星的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測定的 銀河星際的磁場約為( o 2 4 o ) 1 0 1t ，由銀河星系外射電波線偏振源的法 拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)推測星系際空間磁場約為1 0 1 3 t 。 目前，在對地磁場的測量方面，大多研究者還只限于單點(diǎn)測量的方式，成像 測量地球磁場的方法尚未見報(bào)道。人們只是在地磁場的局部觀察上曾經(jīng)進(jìn)行了嘗 試，美國國家航空航天局從衛(wèi)星上發(fā)射可在太陽光中產(chǎn)生金屬離子的爆炸筒，在 高空產(chǎn)生方圓上千公里的金屬霧氣，為看不見的地球磁場“著色”以便進(jìn)行觀測 研究。 1 1 4 利用偏振光的法拉第效應(yīng)制作傳感器 磁光效應(yīng)傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。當(dāng) 一束偏振光通過磁光介質(zhì)時(shí)，若在光束傳播方向存在著一個(gè)外磁場，那么光通過 后，其偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這就是法拉第磁光效應(yīng)。根據(jù)此原理，可以通過 測量旋轉(zhuǎn)角度來得到外加磁場的值。如圖1 1 示為：利用法拉第磁光效應(yīng)法測量 磁場的原理圖。 圖1 1 法拉第磁光效應(yīng)法測量磁場的原理圖 a 1 ：起偏器，a 2 ：檢偏器，l l 、l 2 、l 3 ：透鏡， d l 、d 2 、d 3 、d 4 ：光欄，n ：濾光片。 另外，由于磁場正比于產(chǎn)生它的電流，因此常利用磁光效應(yīng)測量高壓大電流。 利用磁光效應(yīng)測量高壓大電流，其優(yōu)點(diǎn)之一是可以進(jìn)行無接觸測量，除了磁光介 質(zhì)需在被測電流附近外，其它整個(gè)測量裝置均可遠(yuǎn)離被測高壓大電流，因此比較 安全。另外，這種方法將大電流轉(zhuǎn)化為小電流來測，其測量精度較高，國外利用 這原理制成的裝置己可測2 0 0 0 安電流，精度優(yōu)于1 5 。運(yùn)用磁光電流傳感 器己成為電力系統(tǒng)中測量高壓大電流的新方向。 在特定的試驗(yàn)裝置下，偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強(qiáng)成正比，通過輸出光照射激 光_ 二極管l d ，就可以獲得數(shù)字化的光強(qiáng)，用來測量特定的物理量。因此也可利 用法拉第磁光效應(yīng)原理制成磁光式可變光衰減器。 1 2 磁致旋光地磁成像方法 地磁成像方法是由本文作者的導(dǎo)師李小俊提出并建立了其基本原理和方法 體系。該探測方法的基本理論基礎(chǔ)就是布儒斯特定律和法拉第磁致旋光效應(yīng)。布 儒斯特定律保證了介質(zhì)表面反射光具有偏振性質(zhì)，法拉第效應(yīng)則把磁場同光學(xué)可 測量量偏振光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角度聯(lián)系了起來。下面介紹磁致旋光成像方法的 工作原理。 1 2 1 磁致旋光成像方法的工作原理 由于地球表面反射的太陽光為偏振光，這為本探測方法的實(shí)現(xiàn)提供了先決條件。 本系統(tǒng)基本工作原理如圖1 2 所示。以下方一條光線為例，太陽光( 自然光) 在 地面a 點(diǎn)發(fā)生反射，成為部分偏振光，其優(yōu)勢振動(dòng)方向垂直于由太陽s 、反射點(diǎn) a 、探測器d 三點(diǎn)確定的平面，在圖1 2 中，該優(yōu)勢振動(dòng)方向垂直于紙面。從a 點(diǎn)出發(fā)的部分偏振光穿過一定距離的大氣層，到達(dá)探測器( 搭載于人造地球衛(wèi)星 6 ， - ，衛(wèi)星軌道垂直于紙面) 時(shí)，由于地磁場的作用，該光線發(fā)生了磁致旋光效應(yīng)， 其偏振方向已經(jīng)轉(zhuǎn)過了一定角度。測出探測器處偏振光的振動(dòng)方向，則這一方向 與a 點(diǎn)處偏振光的初始振動(dòng)方向之刪的差值，就是光線的磁致旋光角，這個(gè)角度 包含了地球磁場的信息。 圈1 i ：疊囊光擒盛盛魯工館曩夏圈 我們的任務(wù)就是通過測量光線的磁致旋光角，從而推出地球磁場的磁感應(yīng) 強(qiáng)度。在本方法中，磁光介質(zhì)就是地球大氣，地面目標(biāo)點(diǎn)反射的太陽光，穿過大 氣層，最終到達(dá)位于衛(wèi)星平臺(tái)上的探測器，在探測器成像面上得到的圖像信息經(jīng) 過處理以后，即可以得到光線振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)量以及其在成像范圍內(nèi)地磁場的三維 分布，這樣就形成了磁致旋光地磁成像。 1 2 2 地磁成像方法的特點(diǎn) 作為一種新的地球磁場探測方法，與傳統(tǒng)的磁測方法相比較，磁致旋光成像 法具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有成像能力，可獲取對地磁場的直觀感性認(rèn)識；測量效率極 高；沒有測量盲點(diǎn)；具有三維分辨率，可獲得地磁場的三維空間結(jié)構(gòu)圖樣，同時(shí) 實(shí)現(xiàn)對地磁場各個(gè)高度層面上的全面觀測。 由于其直觀、立體、快速高效而又精度較低的特點(diǎn)，本方法更適合于作為地 磁場測量的一種普查手段，而同時(shí)可以將傳統(tǒng)方法作為詳查手段，二者結(jié)合使用。 我們可以采用磁致旋光成像方法全天候、近實(shí)時(shí)地監(jiān)測全球地磁場，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)地 磁場的異常變化，在重點(diǎn)地區(qū)、異常區(qū)域運(yùn)用傳統(tǒng)磁測方法進(jìn)行詳細(xì)測量，發(fā)揮 傳統(tǒng)磁測方法測量精度高的優(yōu)勢。這樣，新老磁測方法相互配合，取長補(bǔ)短，可 本文所做的工作有： 1 進(jìn)行了地表反射特性測量的實(shí)驗(yàn)。我們選取以下幾種材料作為實(shí)驗(yàn)的研 究對象：用樹時(shí)來近似模擬森林，沙子近似模擬沙漠，土地、巖石則分 別用泥土和石頭代替。通過對幾種典型地物如泥土、沙、石、樹葉、水 泥等的非鏡面反射，和對純水的鏡面反射實(shí)驗(yàn)，考察了這些地物反射太 陽光偏振特性及其變化的情況，此外，由于人工建筑越來越多，所以還 作了水泥片反射太陽光的偏振特性實(shí)驗(yàn)。 2 多種介質(zhì)的磁致旋光性質(zhì)測試：在通電直螺線管產(chǎn)生的磁場下，對水、 無水乙醇、硝基苯、氯化鈉飽和溶液等液體和z f 3 玻璃、q f l 2 玻璃、k 9 玻璃等固體在典型波長下的費(fèi)爾德常數(shù)進(jìn)行了測量。并對其費(fèi)爾德常數(shù) 隨入射光波長，溫度等的變化規(guī)律進(jìn)行了研究；另外在永磁鐵產(chǎn)生的磁 場中，采用波長為6 5 0 n m 的激光作為入射光，測出l a k 2 ，l a k 3 ，t b 2 0 ， t b 2 5 ，z f 6 玻璃的費(fèi)爾德常數(shù)，采用波長為5 3 2 姍的激光作為入射光， 測出z f 6 玻璃的費(fèi)爾德常數(shù)。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為下一步的磁場測量實(shí)驗(yàn)積 累了數(shù)據(jù)。 3 研究永磁鐵產(chǎn)生磁場的分布規(guī)律，并測量該磁場的大小實(shí)驗(yàn)； 4 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室局部磁場下的磁致旋光二維成像實(shí)驗(yàn)。對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)性 詳細(xì)的分析，從所拍的照片可計(jì)算各點(diǎn)磁場的大小，并可恢復(fù)出磁場大 小的二維分布圖。 參考文獻(xiàn)： l 鄭建邦，周王民，鐘安，利用磁光效應(yīng)測電流，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，1 9 9 9 年6 月出版，v o l 1 2 ( 2 ) ，p 4 6 。 2 鄭容官，劉汝軍，光波在兩均勻介質(zhì)分界蘑上反射、折射的特殊現(xiàn)象，山 東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1 9 9 8 年，v o l 1 3 ( 4 ) ，p 8 5 9 0 。 3 石磊，邱愛慈，王永昌，周國振，法拉第磁光效應(yīng)法測量強(qiáng)脈沖磁，應(yīng)用 激光，2 0 0 0 年2 月，v o l 2 0 ( 1 ) ，d 7 9 。 4 葉式輝，太陽磁場的紅外研究，紫金山天文臺(tái)臺(tái)刊，1 9 9 7 年1 2 月，v o l 1 6 ( 4 ) ，p 2 1 3 2 2 6 。 5 王益軍，李耀宗，嚴(yán)誠，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的光電子產(chǎn)業(yè)( j ) ，電訊技術(shù)， 2 0 0 5 5 ，v o i 。4 5 ( 2 ) ，d 3 6 3 9 q 6 李國棟，當(dāng)代磁學(xué)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1 9 9 9 ，p 2 8 0 一2 8 6 。 7l k l a w ， d r a u l d ， a n dj r b o o k e r ， “ag e o m a g n e t i cv a r i a t i o n a n o m a l vc o i n c i d e n tw i t ht h ec a s c a d ev o l c a n i cb e l t ”，j g e o p h y s r e s 8 5 ( b l o ) ，p 5 2 9 7 5 3 0 2 ( 1 9 8 0 ) 8 蘇 b m 揚(yáng)諾夫斯基著，劉洪學(xué)等譯，地磁學(xué)，地質(zhì)出版社，1 9 8 2 ，p 2 4 3 i 。 9 倪永生，地磁學(xué)簡明教程，地震出版社，1 9 9 0 ，p 2 6 4 2 7 1 。 1 0 劉公強(qiáng)，樂志強(qiáng)，沈德芳著，磁光學(xué)，上海科學(xué)技術(shù)出版社，p 3 0 一5 2 、 d 2 2 7 2 3 l 。 ly n n jn g ， b c b c h u ，d a j a c k s o n ， “m i n i a t u r ef a r a d a yc u r r e n t s e n s o rb a s e do nm u l t i p l ec r i t i c a la n g l er e f l e c t i o n si nab u l k o p t i c r i f g ”，0 p l l ell 1 6 ( 2 4 ) ，1 9 9 6 1 9 9 8 ( 1 9 9 1 ) 1 2p p k r o n b e r g ， “g a l a c t i ca n de x t r a g a l a c t i cm a g n e t i cf i e l d si nt h e 】( ) ( ：i 1u n v e r s e ：a n o v e r v i e w ”， a i pc o n f p r o c 4 3 3 ( 1 ) ， _ ) lq n2j 1 ( 19 9 8 ) 1 ： l 1 ) e n n i s o n ， “o ni n t r a c l u s t e rf a r a d a yr o t a t i o n i 0 b s e r v a t i o n s ”， a s t r o n j 8 4 ( 6 ) ，p 7 2 5 7 2 9 ( 1 9 7 9 ) 1 4p d b e r n a r d i s ， s m a s i ， f m e l c h i o r r i ， a n dg 1 m ) r e n o ， “e x t r a g a l a c t i ci n f r a r e db a c k g r o u n d s ，p o l a r i z a t i o n ，a n du n i v e r s a l m a g n e t i cf i e l d ”，a s t r o p h y s j l e t t 3 4 0 ( 2 ) ，l 4 5 一l 4 8 ，( 1 9 8 9 ) 15w l r o t h ，“n e u t r o na n do p t i c a ls t u d i e so fd o m a i n si nn i o ”，j a p p l p h y s ， 3 l ( 1 1 ) ，2 0 0 0 一2 0 1 1 ( 1 9 6 0 ) 1 6 倉立德，“美國試放人造極光”人民日報(bào)，1 9 9 1 年1 月2 1 日。 1 7 張振杰光學(xué)西安：西北大學(xué)出版社，1 9 9 4 p 2 7 2 1 8 鄭宏志，馬彩云，吳易明，等無機(jī)械連接方位角測量系統(tǒng)中磁光調(diào)制的 溫度適應(yīng)性研究光子學(xué)報(bào)，2 0 0 4 ，v o l 3 3 ( 5 ) ：p 6 3 8 6 4 0 1 9 劉公強(qiáng)，樂志強(qiáng)，沈德芳磁光學(xué)上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版 社，2 0 0 1 p 3 0 一5 2 1 0 相垂直。 根據(jù)布儒斯特定律，當(dāng)太陽光以布儒斯特角入射時(shí)，經(jīng)地球表面反射后變 為偏振光( 通常是部分偏振光，其偏振方向垂直于入射面) ，我們正是采用這一 偏振光作為磁致旋光地磁成像技術(shù)的光源。因此有必要了解這一布儒斯特角的大 小，以便確定探測器接收信息的角度。 但還需注意的是，從空氣中入射到地表的太陽光，其布儒斯特角的大小， 決定于地表物質(zhì)相對空氣的相對折射率n 因此不同地表物質(zhì)產(chǎn)生最大( 或完 全) 偏振反射光的情況不同，我們需要對此進(jìn)行深入研究。 2 4 偏振度 描述部分偏振光的性質(zhì)的一個(gè)有效方法是把它看成為一定比例的自然光和 偏振光疊加的結(jié)果，通常用偏振度p 來表示； p 。去 p “一 ( 2 6 ) 式中如和如分別為偏振光和自然光的強(qiáng)度。顯然，自然光的p = d ，完全線 偏振光的p = j ，| p 的范圍是d o l 。 當(dāng)部分偏振光中只是線編振光和自然光的混合時(shí)，我們把自然光分成為兩個(gè) 不相干的正交p 態(tài)，且其中之一平行于線偏振光，另一束則與之垂直，其強(qiáng)度最 大值用i m a x 表示，最小值用砌加表示，其中完全線偏振光的強(qiáng)度場= 加刪砌m ， 在總強(qiáng)度中自然光的強(qiáng)度是兩正交方向分量的總和，揚(yáng)= 2 ，掰脅，這樣可得偏振 度尸為： p ；。芻粵 ( 2 7 ) 4 ，。+ ，。，。+ ，。i n 一 由于太陽光經(jīng)地表反射的通常為部分偏振光，我們要尋求的就是反射光偏振 化最大時(shí)所對應(yīng)的入射角。 2 5 典型地表反射光偏振特性實(shí)驗(yàn)研究 偏振光的反射是地磁成像技術(shù)的一個(gè)組成部分。地磁成像技術(shù)的研究需要對 地球表面的反射偏振特性有比較全面的了解。因此，為了知道各種地表物質(zhì)反射 太陽光的偏振特性( 尤其是不同地表物質(zhì)相對空氣的布儒斯特角) ，及地表物質(zhì) 在地磁場作用下的磁致旋光特性，我們選取以下幾種材料作為本次實(shí)驗(yàn)的研究對 象：用樹葉來近似模擬森林，沙子近似模擬沙漠，土地、巖石則分別用泥土和石 頭代替。通過對幾種典型地物如泥土、沙、石頭、樹葉、水泥等的菲鏡面反射， 1 4 和對水的鏡面反射實(shí)驗(yàn)，考察了這些地物反射太陽光偏振特性及其變化的情況， 此外，由于人工建筑越來越多，所以還作了水泥片反射太陽光的偏振特性實(shí)驗(yàn)。 這些都是為地磁成像技術(shù)的研究提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 2 5 1 實(shí)驗(yàn)測量與特征分析 2 圖2 3 反射光偏振特性實(shí)驗(yàn)裝置( 1 激光器2 待測物質(zhì)3 偏振片4 照度計(jì)) 實(shí)驗(yàn)基本裝置如圖2 3 所示：采用h e - n e 激光器作光源，波長九：6 3 2 8 n m ， 被測物體置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，該平臺(tái)可連續(xù)轉(zhuǎn)換角度以調(diào)節(jié)入射角度，圖上，反射 光用照度計(jì)接收。實(shí)驗(yàn)過程中，首先光從光源出射，經(jīng)被測物體反射，通過檢偏 器后由照度計(jì)接收。轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)來改變?nèi)肷浣牵扛? 0 度測量一次，經(jīng)檢偏 器后，用照度計(jì)分別接收水平方向偏振光與豎直方向偏振光的照度 對于不同反射情況，實(shí)驗(yàn)裝置有所調(diào)整：對于自然光入射，若為鏡面反射， 則裝置如上圖所示；若為非鏡面反射，則需在檢偏器前加一凸透鏡，使光會(huì)聚于 點(diǎn)，從而保證能探測到足夠光強(qiáng)。 一、水的鏡面反射 眾所周知，地球表面絕大部分是被水體覆蓋的，太陽光照射到地表后，大部 分光是被水面反射的，因此，對水的研究就變得重要而有價(jià)值。 采用波長為6 3 2 8 n m 的h e n e 激光器作為光源，入射光為自然光。由光源 出射的光經(jīng)水面反射，通過偏振片選擇偏振方向后，最后用探測器接收。 入射角? 與反射光偏振度p 的關(guān)系如圖2 4 所示。由圖中曲線變化情況可知： 對于水的鏡面反射實(shí)驗(yàn)，反射光偏振度隨入射角的增大，先呈增大趨勢，當(dāng)入射 角? = 5 5 。時(shí)，偏振度為0 9 9 1 ，約達(dá)到最大值，5 5 。時(shí)偏振度接近于1 ，之后隨 入射角增大，偏振度又減小。因此可以近似認(rèn)為5 5 。為水的布儒斯特角度，在 此角度下的反射光線只包含垂直于入射面的振動(dòng)分量，而沒有平行于入射面的振 動(dòng)分量，即反射光為線偏振光，而以其它角度入射的反射光為部分偏振光。 由此可知自然光經(jīng)過水的鏡面反射后，偏振狀態(tài)有所改變，即由水的反射引 起了光的偏振化，并且，在不同的入射角下，偏振度也不同，將自然光反射成部 分偏振光或直線偏振光。這一結(jié)論可為將來衛(wèi)星探測器選擇合適的探測方向提供 指導(dǎo)作用。 1 0 d 8 正 刪o 6 驏o4 堅(jiān) o 2 0 o l u翔3 口如 5 0$ o7 0 入射角度e ( 度) 圖2 4 水的鏡面反射 二、幾種典型地物的非鏡面反射偏振實(shí)驗(yàn) 覆蓋于地球表面的物質(zhì)除了水體外，還有相當(dāng)一部分為沙漠、森林、土壤、 建筑、巖石等，這里分別用沙子、樹葉、泥土、水泥、石頭進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，通過 對幾種典型地物的綜合比較，可以較清晰地觀察其中的規(guī)律。下面用波長6 3 2 8 n m 的h e n e 激光器作為光源，測量幾種典型地物隨入射角不同，偏振特性的變化情 況。 0 5 0 4 正 惻o3 蜷o 2 堡 0 1 0 0 a 射角度e ( 度) 圖2 5 沙子的非鏡廄反射 ( 一) 、沙子的非鏡面反射： 根據(jù)測量得出：入射角? 與偏振度p 的關(guān)系如圖2 5 所示?？梢钥吹?，當(dāng)入射 角? = 6 3 。時(shí)，反射光的偏振度為0 4 6 0 ，為偏振度最大值。而以其他角度入射時(shí)， 反射光的偏振度較小。 1 6 一，卜 參考文獻(xiàn)： 1 鄭建邦，周王民，鐘安，利用磁光效應(yīng)測電流，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，1 9 9 9 年6 月出版，v b l 1 2 n o 2 ，p 4 6 。 2 鄭容官，劉汝軍，光波在兩均勻介質(zhì)分界面上反射、折射的特殊現(xiàn)象，山 東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1 9 9 8 年，v o l l 3 n o 4 ，p 8 5 9 0 。 3 石磊，邱愛慈，王永昌，周國振，法拉第磁光效應(yīng)法測量強(qiáng)脈沖磁，應(yīng)用 激光，2 0 0 0 年2 月，v 0 1 2 0 1 ，p 7 9 。 4 葉式輝，太陽磁場的紅外研究，紫金山天文臺(tái)臺(tái)刊，1 9 9 7 年1 2 月， v 0 1 1 6 n 0 4 ，p 2 1 3 2 2 5 。 5 李修，陳秀艷，李小俊，“典型地表反射光偏振特性實(shí)驗(yàn)研究”，光子學(xué)報(bào)， 3 4 ( z 2 ) ，p 4 4 4 9 ( 2 0 0 5 ) 。 1 9 留蕊= 一 l ，盧一一i f 一夕估慧卣 匕= 二= = i 8 1 一 圖3 1 磁旋光示意圖 ( 2 ) 對于每一種給定的旋光物質(zhì)法拉第旋轉(zhuǎn)方向與光的傳播方向無關(guān)( 不 管傳播方向與口同向或反向) ，僅由磁場b 的方向決定。這是法拉第效應(yīng)與某些 物質(zhì)( 如糖溶液) 所固有的旋光效應(yīng)的重要區(qū)別。固有旋光效應(yīng)的旋光方向與光 的傳播方向有關(guān)，對固有旋光效應(yīng)而吉，順著光線和迎著光線方向觀察，線偏光 的振動(dòng)面的旋向是相反的。而法拉第效應(yīng)則不然，在磁場方向不變的情況下，光 線往返穿過磁致旋光物質(zhì)時(shí)，法拉第轉(zhuǎn)角將倍增，即轉(zhuǎn)角為2 目，利用法拉第旋 轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)這一特性，可令光線在介質(zhì)中往返數(shù)次，從而使效應(yīng)加 、- 。 圖3 2 利用多次反射來增大偏振面的磁致旋光角 強(qiáng)( 偏振面的旋轉(zhuǎn)角增大) ，即偏振面轉(zhuǎn)過的角度與光在物體中的總光程成正比。 圖3 - 2 是利用光的反射來增強(qiáng)磁光效應(yīng)的示意圖。在螺線管的兩端放置兩塊平行 的反射鏡，利用光在平行端的反射作用，使光束多次通過同一介質(zhì)，以增加光在 其問的幾何路程，從而增大旋光的旋轉(zhuǎn)角度。這一方法在本文的部分實(shí)驗(yàn)中將被 采用。 ( 3 ) 公式( 3 1 ) 僅對順磁和抗磁等弱磁性材料成立。對鐵磁或亞鐵磁等強(qiáng) 磁介質(zhì)，目正比于磁極化強(qiáng)度m 在光傳播方向的分量，o 與b 之間不是簡單的 下比例關(guān)系、且存在磁飽和現(xiàn)象。這時(shí)要定義另外一個(gè)常數(shù)足，來代替費(fèi)爾德常 數(shù)： 郎= 足，m l ( 3 2 ) 2 1 式中，m 為磁極化強(qiáng)度，口f 為比法拉第旋轉(zhuǎn)。嚴(yán)格地說，在鐵磁和亞鐵磁材料 情形，定義費(fèi)爾德常數(shù)的意義不大。故通常用比法拉第旋轉(zhuǎn)( 穿過單位長度介 質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角1 的飽和值表征法拉第效應(yīng)的強(qiáng)弱。 ( 4 ) 與自然旋光效應(yīng)類似，法拉第效應(yīng)也有色散效應(yīng)，即費(fèi)爾德常數(shù)隨波 長而變化。當(dāng)讓一束復(fù)合光通過旋光介質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同波長的光在同一旋光介質(zhì) 中其旋光本領(lǐng)是不同的，紫光的振動(dòng)面要比紅光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度大，這是因 為旋光本領(lǐng)與波長的平方成反比。 3 1 2 法拉第磁光效應(yīng)的兩種描述方法 般情況下，對法拉第磁光效應(yīng)的描述方法有兩種，一種是宏觀理論，即應(yīng) 用介電常量張量和麥克斯韋方程來描述法拉第效應(yīng)，一種是經(jīng)典電子動(dòng)力學(xué)理 論，即應(yīng)用洛倫茲電子運(yùn)動(dòng)方程來描述具有磁矩的物質(zhì)，并與麥克斯韋方程組一 起描述磁光效應(yīng)，可直接計(jì)算得到各種磁性介質(zhì)的磁光效應(yīng)與外磁場磁化強(qiáng)度的 關(guān)系以及磁光效應(yīng)的溫度和色散特性。 、法拉第磁致旋光效應(yīng)的宏觀理論 光波從具有磁矩的物質(zhì)反射或透射后，光的偏振狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，這是具有 磁矩的物質(zhì)與電磁波的電場和磁場相互作用的結(jié)果。對于一個(gè)順著介質(zhì)中m 方 向傳播的線偏振光，可以分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光，分別用”+ 和櫛一表 示旋光和左旋光的折射率。若介質(zhì)對光沒有吸收，則表示玎+ 和”一為實(shí)數(shù)，那么， 這兩個(gè)圓偏振光將無相互作用的以兩種不同的速度一和”向前傳播，出射后 彼此間將會(huì)僅存在一個(gè)相位差，這樣二者仍能合成一個(gè)線偏振光。只是其偏振面 相對與入射線偏光發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)。 根據(jù)法拉第磁致旋光效應(yīng)的宏觀理論：一個(gè)線偏振光，當(dāng)他在介質(zhì)中沿z 軸 傳輸距離l 后，其電場強(qiáng)度矢量e 相對于x 軸( 即相對于原偏振方向) 轉(zhuǎn)過了口 角。 口：a r c l a n 二箬；車o + 一) 也。 l ( 3 3 ) 這就是法拉第旋轉(zhuǎn)。為表征介質(zhì)磁光效應(yīng)的強(qiáng)弱，定義單位長度上的法拉第 旋轉(zhuǎn)為旋光率，也叫比法拉第旋轉(zhuǎn)，表達(dá)式為： 砟：孚。孚( ”+ 一一) 在實(shí)際情況中，介質(zhì)或多或少得對光波有吸收，故折射率通常為復(fù)數(shù)。那么， 入射線偏振光進(jìn)入介質(zhì)后分解成的兩個(gè)圓偏振光不僅相位不同，而且振幅也不 同，合成后將成為一個(gè)橢圓偏振光。而此時(shí)的比法拉第旋轉(zhuǎn)角的大小與介質(zhì) 損耗也有關(guān)系。 在以上的推導(dǎo)過程中，我們沒有涉及外加磁場，因?yàn)榉ɡ谛?yīng)本質(zhì)上是與 介質(zhì)的磁化強(qiáng)度m 相聯(lián)系的，而不是與外加磁場相聯(lián)系的。但是。在沒有外加 磁場時(shí)，許多磁性介質(zhì)中的原子或離子磁矩都是混亂排列的，此時(shí)m 很小，甚 至為零，因此介質(zhì)的法拉第旋轉(zhuǎn)角度很小。 在外加磁場后，法拉第旋轉(zhuǎn)角口難比于m 在光傳播方向上的投影，會(huì)有很大的 旋轉(zhuǎn)角度，在順磁性和抗磁性等弱磁性介質(zhì)中，法拉第旋轉(zhuǎn)角度日與外加磁場強(qiáng) 度he 的關(guān)系為： 曰= ( 釓o + 陽。皿 f 35 ) 式中8 m 上為弱磁性介質(zhì)的本征旋轉(zhuǎn)角口。，l 為光在弱磁性介質(zhì)中通過的距 離。比例常數(shù)v 稱為費(fèi)爾德常數(shù)。 存鐵磁性和亞鐵磁性介質(zhì)中，由于m 曰c 關(guān)系的非線性和介質(zhì)存在磁飽 和，療和hr 之間并不是簡單的f 比關(guān)系。因此，嚴(yán)格說，在鐵磁性和亞鐵磁性 介質(zhì)情形f ，定義費(fèi)爾德常數(shù)意義并不大。 二、磁致旋光效應(yīng)的經(jīng)典電子動(dòng)力學(xué)理論 下面，我們用洛倫茲電子運(yùn)動(dòng)方程來描述磁性物質(zhì)，并與麥克斯維方程組一 起描述磁光效應(yīng)，不僅可以得到該介質(zhì)的磁光效應(yīng)與外磁場h e 和磁化強(qiáng)度m 的 關(guān)系，還可得到磁光效應(yīng)的溫度和色散特性。 在介質(zhì)中，每一個(gè)諧振電子的運(yùn)動(dòng)可用洛倫茲電子運(yùn)動(dòng)方程表示 二 一1 一 呻 聊r 皇一所；r + e ( e + ：二p ) 一gr + 已o r j o ( 3 6 ) 等式右邊第一項(xiàng)為正電中心對電子的作用力，甜。為電子運(yùn)動(dòng)的固有頻率。 第_ 項(xiàng)為介質(zhì)中電子受到區(qū)域電場的作用力，p 為電極化強(qiáng)度矢量；考慮到光波 的磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，b _ b e ，故式中忽略了b 對電子 的作用力e ，b 。第三項(xiàng)為電子加速運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻尼力。第四項(xiàng)為有效 ( 內(nèi)) 場對凰電子的作用力，捌為 日，= 何。+ h 。+ 日d( 3 7 ) 其中月p 為與自旋一軌道相互作用、( 間接) 交換作用有關(guān)的有效場。磁為退磁 場，這是介質(zhì)磁化后自身產(chǎn)生的一種磁場，其大小與介質(zhì)形狀上的各向異性密切 相關(guān)。對于無限大或某些特殊情況下的介質(zhì)，脅* 0 ，為簡單計(jì)下面計(jì)算將不考 慮脅的作用。h 為凰方向的單位矢量。 用8 加乘以式( 3 - 6 ) 并注意到電極化矢量p ：j ver ( 認(rèn)為介質(zhì)為均勻極 化) ，叮得 戶十瑤p + 爐一堂p 。廳：絲( e + 上p 1 ” m ( 3 8 ) 因?yàn)榻橘|(zhì)的電極化矢量相應(yīng)的為： ；：舔”y u 。 ( 3 9 ) 將其代入( 3 ，8 ) 中 e 墨口蘆+ f 蘆元 ( 3 1 0 ) 光頻電磁波所滿足的麥克斯韋方程組為： v - 五= 。v i + v ；o v 否= v 萬；o v 承警。等 v 。萬。望旦量+ 絲 礬”甜 甜 ( 3 1 1 ) 將( 3 ，8 ) ( 3 1 0 ) 代入( 3 1 1 ) 中，并考慮到入射光為線偏光，經(jīng)計(jì)算推導(dǎo)得 療一1 以：+ 2 ，l 。一1 廳+ 2 n n e 2 c 21 3 _ ： ；一z + e “水 m 斫一2 一e 肛。而 ( 3 1 2 ) 由此可得各種情形中的費(fèi)爾得常數(shù) ( 1 ) 抗磁性介質(zhì)中： 雎等砉= 警磚+ 。 ( 3 1 3 ) 該式表明，抗磁性介質(zhì)的費(fèi)爾得常數(shù)隨光線的波長由大變小而迅速增大，這 意味著波長越小產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)角越大，這一結(jié)論在其它磁性介質(zhì)中也適用。 ( 2 ) 順磁性介質(zhì)中： 匕。礦( 1 一叼) 。嘗( 魯+ 素+ - ) ( 1 + 喵)( 3 “) 絕大部分順磁性物質(zhì)的磁化率z 與溫度t 有關(guān)，由此可見大部分順磁性介質(zhì) 中的費(fèi)爾得常數(shù)具有溫度特性。 ( 3 ) 鐵磁性介質(zhì)中： 口= 警( 嘉十爭誑一) 限1 5 ) 此外，由于所有的介質(zhì)的。均正比于i f ，故幣常色散區(qū)與反常色散區(qū)中的 法拉第旋轉(zhuǎn)方向相反。 綜上所述，磁光效應(yīng)各向異性與磁光系數(shù)各項(xiàng)異性有關(guān)。磁光系數(shù)的各向異 性有可能來源于間接交換作用各向異性的存在，這也被一些理論和實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 磁光效應(yīng)包括磁偶極予和電偶極子兩種躍遷的貢獻(xiàn)。法拉第旋轉(zhuǎn)角應(yīng)為： 伊= 目村+ 毋 ( 3 1 6 ) 式中和吼分別為由磁偶極子和電偶極子兩種躍遷引起的法拉第旋轉(zhuǎn)。當(dāng) 光波頻率大于磁偶極子相對應(yīng)的鐵磁共振( f e h o m a g n c t i cr e s o n a n c e ) 頻率時(shí)，鐵磁 性介質(zhì)的f 村為： e 。型州 ( 3 1 7 ) 式中y 為復(fù)旋磁比。對于亞鐵磁介質(zhì)， 釓2 等扣r 限 r 為亞晶格f 的復(fù)旋磁比。 由以上兩式可以看出：磁偶極予對法拉第旋轉(zhuǎn)的貢獻(xiàn)與波長無關(guān)，即無色散 特性。但在絕大多數(shù)隋況下，磁偶極子躍遷引起的法拉第旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)小于由電偶 極子躍遷引起的法拉第旋轉(zhuǎn)p t ，所以可忽略不計(jì)，故法拉第旋轉(zhuǎn)理論都是指 電偶極子躍遷。實(shí)際上，上面所敘述的法拉第旋轉(zhuǎn)理論都是指電偶極子躍遷情形。 3 2 其它磁光效應(yīng) 3 2 1 塞曼效應(yīng) 寨曼在1 8 9 6 年發(fā)現(xiàn)，在磁場強(qiáng)度為1 0 5 _ 1 0 7 a m 。的磁場中，入射光源發(fā)出 的各譜線，會(huì)受到磁場的影響而分裂成若干條譜線；分裂各譜線的間隔大小與磁 場強(qiáng)度成正比，這一磁光效應(yīng)成為塞曼效應(yīng)。其中一束線偏光的振動(dòng)方向平行于 磁場方向，稱為n 振動(dòng)，頻率未改變；兩束線偏光的振動(dòng)方向垂直于磁場，稱為 。振動(dòng)，頻率較高的振動(dòng)是左旋圓偏振光，頻率較低的振動(dòng)是右旋圓偏振光。 塞曼效應(yīng)的經(jīng)典理論解釋是h a 洛侖茲首先提出的。歷史上將符合洛侖茲 理論的譜線分裂現(xiàn)象稱為正常塞曼效應(yīng)，而將其它不符合洛侖茲理論的譜線分 裂現(xiàn)象稱為反常塞曼效應(yīng)。量子力學(xué)理論能夠全面地解釋塞曼效應(yīng)。 從上面的介紹可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生塞曼效應(yīng)得磁場強(qiáng)度為1 0 5 - 1 0 7 a m ，轉(zhuǎn)化為 磁感應(yīng)強(qiáng)度為4 1 0 一4 t ，磁鐵產(chǎn)生的磁場大小約為0 2 2 5 2 0 t ，地磁場的大 小約為o o 0 0 4 t ，通過比較可以得出：在后兩種磁場中幾乎不可能產(chǎn)生塞曼效應(yīng)， 或著說很難探測到塞曼效應(yīng)。 3 2 2 克爾效應(yīng) 1 8 7 6 年克爾發(fā)現(xiàn)，入射的線偏振光在己磁化的物質(zhì)表面反射時(shí)，振動(dòng)面發(fā)生 旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，稱這一現(xiàn)象為克爾磁光效應(yīng)，簡稱克爾效應(yīng)?？藸柎殴庑?yīng)分極向、 縱向和橫向三種，分別對應(yīng)物質(zhì)的磁化強(qiáng)度與反射表面垂直、與表面和入射面平 行、與表面平行而與入射面垂直三種情形。極向和縱向克爾磁光效應(yīng)的磁致旋光 都正比于磁化強(qiáng)度，一般極向的效應(yīng)最強(qiáng)，縱向次之，橫向則無明顯的磁致旋光。 克爾磁光效應(yīng)的最重要應(yīng)用是觀察鐵磁體的磁疇。不同的磁疇有不同的自發(fā) 磁化方向，引起反射光振動(dòng)面的不同旋轉(zhuǎn)，通過偏振片觀察反射光時(shí)，將觀察到 與各磁疇對應(yīng)的明暗不同的區(qū)域。用此方法還可對磁疇變化作動(dòng)態(tài)觀察。 3 2 3 磁線振雙折射和磁線振二向色性 從上面我們知道了光沿著磁感應(yīng)強(qiáng)度方向傳播時(shí)所發(fā)生的磁光效應(yīng)稱為法 扣第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，但是，當(dāng)光沿垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向傳播所發(fā)生的磁光效應(yīng)稱為 磁線振雙折射( m a 印e t i c l i n e a r b i r e f r i n g e n c e ) 和磁線振二向色性。 所謂磁線振雙折射現(xiàn)象，就是一束沿著垂直于磁化強(qiáng)度m 方向( z 方向) 傳播 的線偏振光可以分解成兩個(gè)偏振光一個(gè)為在x y 平面內(nèi)偏振的橢圓偏振光餌x c ， 與e y 的振幅比為o “，相應(yīng)的電位移分量為d y ) 一個(gè)為在z 方向上偏振的線偏 振光。進(jìn)入介質(zhì)后，兩個(gè)偏振光以不同的相速度c i x 上和韻圳向前傳播從而引 起雙折射現(xiàn)象，產(chǎn)生一個(gè)波相對于另一個(gè)波的落后。這是一種磁雙折射現(xiàn)象，習(xí) 慣上稱這個(gè)現(xiàn)象為磁線振雙折射磁線振雙折射又稱佛赫特效應(yīng)或者科頓一莫頓 效應(yīng)。它與介質(zhì)的磁致伸縮( m a 印e t o s t r i c t i o n ) 密切相關(guān)。 所謂磁線振二向色性效應(yīng)，就是介質(zhì)對兩種互相垂直的振動(dòng)有不同吸收系數(shù) 時(shí)，兩個(gè)偏振光將以不同的衰減通過介質(zhì)，從而出現(xiàn)磁線振二向色性。 參考文獻(xiàn)： 1 劉公強(qiáng)，樂志強(qiáng)，沈德芳磁光學(xué)上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2 0 0 1 p 3 0 一5 2 2 龍槐生，張仲先，談恒英光的偏振及其應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1 9 8 9 p 2 1 0 3 田志偉，偏振光及其應(yīng)用上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1 9 6 5 p 1 7 2 9 4 藍(lán)海江，反射光和折射光的偏振狀態(tài)廣西民族學(xué)院學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) ， 2 0 0 2 ，v o l