磁光調制實驗報告8頁

1、磁光調制實驗報告課程：_光電子實驗_學號： 姓名： 專業(yè)： 信息工程 南京大學工程管理學院磁光調制實驗報告一、實驗目的1 觀察磁光調制現(xiàn)象2 測量調制深度與調制角幅度3 測定旋光角與外加磁場的關系4 測量直流磁場對磁光介質的影響5 磁光調制與光通訊實驗演示二、實驗原理1 磁光效應 當平面偏振光穿透某種介質時，若在沿平行于光的傳播方向施加一磁場，光波的偏振面會發(fā)生旋轉，實驗表明其旋轉角正比于外加的磁場強度B，這種現(xiàn)象稱為法拉第（Faraday）效應，也稱磁致旋光效應，簡稱磁光效應，即： (1)式中l(wèi)為光波在介質中的路徑，為表征磁致旋光效應特征的比例系數(shù)，稱為維爾德（Verdet）常數(shù)。由于磁致旋

2、光的偏振方向會使反射光引起的旋角加倍，而與光的傳播方向無關，利用這一特性在激光技術中可制成具有光調制、光開關、光隔離、光偏轉等功能性磁光器件，其中磁光調制為其最典型的一種。圖1 磁光效應示意圖如圖1所示，在磁光介質的外圍加一個勵磁線圈就構成基本的磁光調制器件。2 直流磁光調制當線偏振光平行于外磁場入射磁光介質的表面時，偏振光的光強I可以分解成如圖2所示的左旋圓偏振光IL和右旋圓偏振光IR（兩者旋轉方向相反）。由于介質對兩者具有不同的折射率nL和nR，當它們穿過厚度為l的介質后分別產生不同的相位差，體現(xiàn)在角位移上有：式中為光波波長因 ( 2 ) 如折射率差正比于磁場強度B，即可得（1）式，并由值

3、與測得的B與l求出威德爾常數(shù)。3 交流磁光調制用一交流電信號對勵磁線圈進行激勵，使其對介質產生一交變磁場，就組成了交流（信號）磁光調制器（此時的勵磁線圈稱為調制線圈），在線圈未通電流并且不計光損耗的情況下，設起偏器P的線偏振光振幅為A0，則A0可分解為A0 cos及A0 sin兩垂直分量，其中只有平行于P平面的A0 cos分量才能通過檢偏器，故有輸出光強 （馬呂斯定律）其中為其振幅。式中為起偏器P與檢偏器A主截面之間的夾角，I0為光強的幅值，當線圈通以交流電信號i=i0 sint時，設調制線圈產生的磁場為B=B0 sint，則介質相應地會產生旋轉角=0 sint，則從檢偏器輸出的光強為： （3

4、）由此可知光輸出可以是調制波的倍頻信號。以上就是電信號致使入射光旋光角變化從而完成對輸出光強調制的基本原理。4 磁光調制的基本參量磁光調制的性能主要由以下兩個基本參量來描述。（1）調制深度 （4）式中Imax和Imin分別為調制輸出光強的最大值和最小值，在 的條件下，參照圖3應用倍角公式，由（3）式得到在時的輸出光強分別為： （5） 如圖3所示：（2）調制角幅度0令為光強調制幅度將（5）式代入化簡得由此可見，若起偏器P與檢偏器A主截面間夾角時，調制幅度可達最大值 此時調制輸出的極值光強為： （6）將此式代入（4）式得時的調制深度和調制角幅度： （7）三、實驗內容1 觀察磁光調制現(xiàn)象（1）按圖4

5、所示，參照圖8“系統(tǒng)連接”方法準備就緒（用鋱玻璃調制器線纜插入主控單元后面板的“調制輸出”兩插座中）。（2）打開調制加載開關，調制幅度開關最大，此時直流磁場為零，轉動檢偏器，在示波器上同時觀察到調制波形與解調輸出波形；再細調檢偏器的轉角，即可明顯地看到解調波與調制波的倍頻關系，此時光強指示為最小值，檢偏器透光軸與起偏器透光軸垂直， 。2 測量調制深度與調制角幅度在示波器中顯示出解調波形時，調節(jié)檢偏器偏角，讀出波形曲線上相應的光強信號的最大值Imax和最小值Imin ，代入（6）式和（7）式，計算出調制深度和調制角幅度0。實驗測得：Imax=4.56 Imin =0.24 調制角幅度=32.08

6、 調制深度：=0.93、測定旋光角與外加磁場的關系數(shù)據(jù)表格：磁感應強度0.0760.1350.2030.2810.3420.4150.4820.5450.612旋轉角0.681.021.482.122.563.133.584.454.87磁感強度與旋光角的圖像：分析:由上圖可以看出兩者基本上呈線性關系。實驗中線偏振光的偏振方向和產生磁場的電流的旋轉方向一致，根據(jù)上面原理定義為右旋。誤差分析：實驗過程中，勵磁電流計讀數(shù)有一定的誤差；讀數(shù)有一定誤差將角度轉化位弧度制4舍5入導致一定的誤差；光路不夠滿足實驗要求，精度不夠導致測量不準確；消光法測量時光電流反應不夠靈敏，最小值不夠準確，導致對于的檢偏器

7、角度讀取有誤差。4 、測量直流磁場對磁光介質的影響（1）按實驗內容1中（2）步驟，調出調制波的倍頻信號。（2）將勵磁電磁鐵（M）插入可調滑座上置于接收器前，電磁鐵中間放入磁光介質重火石，（先將重火石插在兩磁軛之間，磁軛平面與兩磁極相吻合）如圖10所示。將電磁鐵引出線纜插入后面板的“勵磁輸出”兩插座中（注意：紅對紅，黑對黑）。 圖10（3）調節(jié)可調滑座高低左右，使激光能準確穿過重火石中心。調節(jié)接收器滑座，使激光能精確進入接收孔。此時，示波器可見倍頻信號。（4）開啟直流勵磁，使勵磁線圈通以直流電流IDC，轉動勵磁強度旋鈕，使勵磁指示表達到1.5A，示波器無倍頻信號顯示，此時記下接受器上測角器的讀數(shù)

8、（建議做此實驗前將測角器刻度0對0），旋轉測角器微調，使示波器重顯倍頻信號，再記下此時測角器讀數(shù)，其差值為重火石磁致旋光角。（5）將測角器刻度0對0，改變直流電流（由勵磁電流表讀出），每隔0.3A測量一次，記下旋光角度與相應的偏轉角，畫出 B(IDC)的關系曲線。 注：調制線圈中部頂端開有小孔，用以插入特斯拉（場強）計測量線圈的磁感應強度B（由于測試探頭處于線圈邊緣，其中部的B應為2倍測試值）。 根據(jù)B與偏角值，即可由（1）式計算出磁光介質的維爾德常數(shù)。磁感應強度0.07580.13750.20290.28890.35150.42670.5690.5950.6367旋轉角-1.34-4.84-6.77-9.54-12-14.03-17-19.57-21.77 B(IDC)的關系曲線：分析：由上圖可知，MR3玻璃的B關系基本是線性關系。根據(jù)上面原理定義，MR3玻璃的法拉第旋光性為左旋。倍頻：四、實驗總結1、在設計倍頻時，開始過程中遇到很大困難，主要是實驗方法的錯誤