磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程：光電子實(shí)驗(yàn)學(xué)號(hào):專(zhuān)業(yè):信息工程大學(xué)工程管理學(xué)院磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察磁光調(diào)制現(xiàn)象2測(cè)量調(diào)制深度與調(diào)制角幅度3測(cè)定旋光角與外加磁場(chǎng)的關(guān)系4測(cè)量直流磁場(chǎng)對(duì)磁光介質(zhì)的影響5磁光調(diào)制與光通訊實(shí)驗(yàn)演示二、實(shí)驗(yàn)原理1磁光效應(yīng)當(dāng)平面偏振光穿透某種介質(zhì)時(shí)，若在沿平行于光的傳播方向施加一磁場(chǎng)，光波的偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)表明其旋轉(zhuǎn)角9正比于外加的磁場(chǎng)強(qiáng)度B,這種現(xiàn)象稱(chēng)為法拉第（Faraday效應(yīng)，也稱(chēng)磁致旋光效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)磁光效應(yīng)，即：vlB ⑴式中I為光波在介質(zhì)中的路徑， 為表征磁致旋光效應(yīng)特征的比例系數(shù)，稱(chēng)為維爾德（Verdet）常數(shù)。由于磁致旋光的偏振方向會(huì)使反射光引起的旋角加倍，而與光的傳播方向無(wú)關(guān)，利用這一特性在激光技術(shù)中可制成具有光調(diào)制、光開(kāi)關(guān)、光隔離、光偏轉(zhuǎn)等功能性磁光器件，其中磁光調(diào)制為其最典型的一種。如圖1所示，在磁光介質(zhì)的外圍加一個(gè)勵(lì)磁線圈就構(gòu)成基本的磁光調(diào)制器件。2直流磁光調(diào)制當(dāng)線偏振光平行于外磁場(chǎng)入射磁光介質(zhì)的表面時(shí)，偏振光的光強(qiáng)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(zhuǎn)方向相反）。由于介質(zhì)對(duì)兩者具有不同的折射率nL和nR,當(dāng)它們穿過(guò)厚度為I的介質(zhì)后分別產(chǎn)生不同的相位差，體現(xiàn)在角位移上有：mlnRl式中入為光波波長(zhǎng)因LR12LR—nLnRI(2)如折射率差nLnR正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度B,即可得(1)式，并由值與測(cè)得的B與I求出威德?tīng)柍?shù)。LILI圖2入射光偏振面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3交流磁光調(diào)制用一交流電信號(hào)對(duì)勵(lì)磁線圈進(jìn)行激勵(lì)，使其對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，就組成了交流(信號(hào))磁光調(diào)制器(此時(shí)的勵(lì)磁線圈稱(chēng)為調(diào)制線圈)，在線圈未通電流并且不計(jì)光損耗的情況下，設(shè)起偏器 P的線偏振光振幅為Ao,則Ao可分解為ACOSa及Aosina兩垂直分量，其中只有平行于P平面的AoCOSa分量才能通過(guò)檢偏器，故有輸出光強(qiáng)I(Aocos)2Iocos2 (馬呂斯定律)其中IoA?為其振幅。式中為起偏器P與檢偏器A主截面之間的夾角，Io為光強(qiáng)的幅值，當(dāng)線圈通以交流電信號(hào)i=iosin?t時(shí)，設(shè)調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)為B=Eosin?t，則介質(zhì)相應(yīng)地會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角9=9osin?t，則從檢偏器輸出的光強(qiáng)為：I Iocos2( )號(hào)1cos2()舟1cos2(osint) (3)由此可知光輸出可以是調(diào)制波的倍頻信號(hào)。以上就是電信號(hào)致使入射光旋光角變化從而完成對(duì)輸出光強(qiáng)調(diào)制的基本原

4磁光調(diào)制的基本參量磁光調(diào)制的性能主要由以下兩個(gè)基本參量來(lái)描述調(diào)制深度n1maxImin1maxImin式中Imax1maxImin1maxImin式中Imax和Imin分別為調(diào)制輸出光強(qiáng)的最大值和最小值，在 0的條件下,2參照?qǐng)D3應(yīng)用倍角公式，由(3)式得到在 時(shí)的輸出光強(qiáng)分別為：號(hào)1cos2( )匕1cos2( )21maxImin(5)如圖3所示:圖3圖3調(diào)制光強(qiáng)幅度隨旋光角變化的情況(2)調(diào)制角幅度9o令I(lǐng)AImaxImin為光強(qiáng)調(diào)制幅度將(5)式代入化簡(jiǎn)得IA10sin2sin2由此可見(jiàn)，若起偏器P與檢偏器A主截面間夾角 45時(shí)，調(diào)制幅度可達(dá)最大值「maxIosin2此時(shí)調(diào)制輸出的極值光強(qiáng)為：Imaxy(1Sin2)Imin號(hào)(1sin2) (6)將此式代入(4)式得45時(shí)的調(diào)制深度和調(diào)制角幅度：sin21sinImaxIsin21sinImaxImin1maxImin三、實(shí)驗(yàn)容1觀察磁光調(diào)制現(xiàn)象（1） 按圖4所示，參照?qǐng)D8“系統(tǒng)連接”方法準(zhǔn)備就緒（用鋱玻璃調(diào)制器線纜插入主控單兀后面板的“調(diào)制輸出”兩插座中）。（2） 打開(kāi)調(diào)制加載開(kāi)關(guān)，調(diào)制幅度開(kāi)關(guān)最大，此時(shí)直流磁場(chǎng)為零，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，在示波器上同時(shí)觀察到調(diào)制波形與解調(diào)輸出波形；再細(xì)調(diào)檢偏器的轉(zhuǎn)角，即可明顯地看到解調(diào)波與調(diào)制波的倍頻關(guān)系，此時(shí)光強(qiáng)指示為最小值，檢偏器透光軸與起偏器透光軸垂直， 90器的轉(zhuǎn)角，即可明顯地看到解調(diào)波與調(diào)制波的倍頻關(guān)系，此時(shí)光強(qiáng)指示為最小值，檢偏器透光軸與起偏器透光軸垂直， 90。2測(cè)量調(diào)制深度與調(diào)制角幅度在示波器中顯示出解調(diào)波形時(shí)，調(diào)節(jié)檢偏器偏角，讀出波形曲線上相應(yīng)的光強(qiáng)信號(hào)的最大值Imax和最小值Imin，代入（6）式和（7）式，計(jì)算出調(diào)制深度n和調(diào)制角幅度B0。實(shí)驗(yàn)測(cè)得:max=4.56min=0.24實(shí)驗(yàn)測(cè)得:max=4.56min=0.24I I調(diào)制角幅度0 -sin1 Imax Imin =32.08I Imaxmin調(diào)制深度： sin2=0.93、測(cè)定旋光角與外加磁場(chǎng)的關(guān)系圖表標(biāo)題-1旅轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)表格:圖表標(biāo)題-1旅轉(zhuǎn)角磁感應(yīng)強(qiáng)度0.0760.0.2030.2810.3420.4150.4820.5450.612旋轉(zhuǎn)角0.681.021.482.122.563.133.584.454.87磁感強(qiáng)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(guān)系。實(shí)驗(yàn)中線偏振光的偏振方向和產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流的旋轉(zhuǎn)方向一致，根據(jù)上面原理定義為右旋。誤差分析：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，勵(lì)磁電流計(jì)讀數(shù)有一定的誤差；讀數(shù)有一定誤差將角度轉(zhuǎn)化位弧度制4舍5入導(dǎo)致一定的誤差；光路不夠滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求，精度不夠?qū)е聹y(cè)量不準(zhǔn)確；消光法測(cè)量時(shí)光電流反應(yīng)不夠靈敏，最小值不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致對(duì)于的檢偏器角度讀取有誤差。4、測(cè)量直流磁場(chǎng)對(duì)磁光介質(zhì)的影響（1） 按實(shí)驗(yàn)容1中（2）步驟，調(diào)出調(diào)制波的倍頻信號(hào)。（2） 將勵(lì)磁電磁鐵（M）插入可調(diào)滑座上置于接收器前，電磁鐵中間放入磁光介質(zhì)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(lì)磁輸出”兩插座中（注意：紅對(duì)紅，黑對(duì)黑）。

圖10（3）調(diào)節(jié)可調(diào)滑座高低左右，使激光能準(zhǔn)確穿過(guò)重火石中心。調(diào)節(jié)接收器滑座，使激光能精確進(jìn)入接收孔。此時(shí)，示波器可見(jiàn)倍頻信號(hào)。（4）開(kāi)啟直流勵(lì)磁，使勵(lì)磁線圈通以直流電流Idc，轉(zhuǎn)動(dòng)勵(lì)磁強(qiáng)度旋鈕，使勵(lì)磁指示表達(dá)到1.5A，示波器無(wú)倍頻信號(hào)顯示，此時(shí)記下接受器上測(cè)角器的讀數(shù)（建議做此實(shí)驗(yàn)前將測(cè)角器刻度0對(duì)0），旋轉(zhuǎn)測(cè)角器微調(diào)，使示波器重顯倍頻信號(hào)，再記下此時(shí)測(cè)角器讀數(shù)，其差值為重火石磁致旋光角。（5）將測(cè)角器刻度0對(duì)0,改變直流電流（由勵(lì)磁電流表讀出），每隔0.3A測(cè)量一次，記下旋光角度與相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角，畫(huà)出B~B（Dc）的關(guān)系曲線。?注：調(diào)制線圈中部頂端開(kāi)有小孔，用以插入特斯拉（場(chǎng)強(qiáng)）計(jì)測(cè)量線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度（由于測(cè)試探頭處于線圈邊緣，其中部的B應(yīng)為2倍測(cè)試值）。?根據(jù)B與偏角？值，即可由（1）式計(jì)算出磁光介質(zhì)的維爾德常數(shù)。磁感應(yīng)強(qiáng)度0.07580.13750.20290.28890.35150.42670.5690.5950.6367旋轉(zhuǎn)角-1.34-4.84-6.77-9.54-12-14.03-17-19.57-21.779~B（Dc）的關(guān)系曲線:圖克標(biāo)題—圖克標(biāo)題—旋轉(zhuǎn)角分析：由上圖可知，MR3玻璃的~B關(guān)系基本是線性關(guān)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(shí)驗(yàn)總結(jié)1、 在設(shè)計(jì)倍頻時(shí)，開(kāi)