03激光、全息與光學技術處理法拉第效應

1、43 法拉第效應【實驗目的】1， 了解法拉第效應的經典理論2， 掌握進行磁光測量的基本方法【實驗儀器】納光燈（一臺），碘鎢燈（一臺），晶體管穩(wěn)壓電源（1），直流檢流計（2），紅外單色儀 透鏡，樣品【1#樣品（Ce+3 玻璃），2#樣品（ZF-7 重火石玻璃）】，半蔭式起偏器，電磁鐵，檢偏器，手電筒等等【實驗原理】1，法拉第效應：當一束平面偏振光穿過介質時，如果在介質中，沿光的方向加上一個磁場就會觀察到光經過樣品后偏振面轉過一個角度象稱為法拉第效應。把這種磁場使介質有了旋光性的現長為 L 的介質在 B 的磁場中偏轉角的關系：F VBlV 由物質和工作波長決定，表征著物質的磁光特性，叫 Verde

2、t 常數。2，法拉第效應與自然旋光：法拉第旋光只由磁場方向有關，和方向無關，是不可逆的光學過程，光線往返一光角將增倍。而自然旋光則是可逆的，光線往返一和為零。光角累計 K ( 1223，色散特性： V)K 與入射波長無關。t4，法拉第效應的經典理論：從光波在介質中的圖象看，法拉第效應可以作如下的理解：一束平行于磁場方向傳播的平行偏振光，可以看成是兩束等幅的左旋和右旋圓偏振光的疊加。通過 L 的距離后在磁場中引起相位滯后：) 1 ( 2l 2n l) (n n )l 1 1 ( nFRL2RLRL22轉換為證明（或推倒）nR nL 正比于磁感應強度 B，便于是到法拉第公式。用經典電動力學中的介質

3、極化和色散的諧振子模型來解，忽略光波中的磁場的作用。到電子運動的微分方程：GGGG2drGd rk re E e () Bm2d td t，其中 r 為電子離開平衡位置的距離。假設入射波具有通常的簡諧波的形式所以：G i e G G eGk 2 )r 2(rRE ，其中m61m00mG將該式分別應用于左旋和右旋波并結合 P 0 E 最后：Ne 2N e 2m 0m 0 1 ， n 2 1 n 2R( 2L( ) 2) 220L0Ln2n2nL RL ，由于 n , n , n 三者很相近，近似有： nR2nRLNe2Ne2 n2 n2mm F RL (0 0)l2n ( )2 2( )2 20

4、L0LG2 iB Ne321i2cm2 n (0 )220 22由于故在上述推倒中已略去。LNe2mdnNe2 1 0 2由無磁場時的散射公式： n 2dm n ( 2 )222000F 1i e i dn iB iii dn iB1e綜合：l2c md2c mddn 就是介質無磁場時的色散公式。d【實驗裝置】1， 光源及照明系統(tǒng)2， 半蔭式起偏器623， 電磁鐵及電源4， 接收裝置【實驗步驟】1， 用提供的光源，器件，設置一個測定法拉第旋轉角的光路系統(tǒng)。2， 用碘鎢燈作光源，測量 1#樣品（Ce+3 玻璃）在可見光區(qū)的旋光色散曲線。3， 用 Na 光燈作光源，測量樣品 1 的法拉第角和磁場的

5、關系，并求出 V 值。4， 用 Na 光燈作光源，測量 2#樣品（ZF-7 重火石玻璃）的 V，并判斷其旋光特性。【實驗數據及處理】1,電磁場分布數據表：I (A)153104156203251252100151197243352991481932404521001501962425平均值1.02.03.04.05.05310215420024752.4101151.8197.8244.62，1#樣品（Ce+3 玻璃）在可見光區(qū)的旋光色散曲線I4A，L2.885cm,B=197.8mT單色儀讀數波長/A0 / 12345平均值FV值12.7006750275.66283.66283.36283

6、.7283.49283.53283.5487.8940.0138313.0006200275.64284.31284.46284.34284.25284.37284.3468.6920.0152313.5005630275.66287.66287.52287.43287.54287.52287.53411.880.0208214.0005210275.5290.87290.7290.82290.72290.83290.78815.1340.0265214.5004898275.81294.02294.12294.16293.96294.06294.06418.410.0322615.00046

7、10275.654297296.99296.95296.97297.02296.98621.3320.03738旋光色散曲線633， 樣品 1 的法拉第角和磁場的關系：I4A，L2.885cm,B=197.8mT1276278 . 38281 . 26283 . 94286 . 73289 . 22275 . 72278 . 37281 . 22284 . 2286 . 76289 . 513275 . 63278 . 5281 . 03284 . 23286 . 78289 . 314275 . 63278 . 48281 . 3283 . 99286 . 7289 . 275275 . 8

8、2278 . 53281 . 16284 . 12286 . 66289 . 46average 275 . 76278 . 452281 . 194284 . 096286 . 726289 . 35changesmagnet0 / 1A2A3A4A5A2 . 6925 . 4348 . 33610 . 96613 . 5952 . 4101151 . 8197 . 8244 . 6由F VBl 可知，F B 的關系為線性，斜率為 VL：64色散曲線0 . 040 . 0350 . 030 . 0250 . 020 . 0150 . 017000650060005500500045004000色散曲線斜率：0.0567925 / mT ， 所以：V0.0567925/2.8850.0197 / mT *cm4，2#樣品（ZF-7 重火石玻璃）的 V:I=4A,L=2.925cm,B=197.8mTF12345average01275 . 43275 . 48275 . 45275 . 42275 . 47275 . 45268 . 5268 . 52268 . 47268 . 65268 . 542