磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)

磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獯殴庹{(diào)制實(shí)驗(yàn)原理；研究磁場與光場相互作用的物理過程；測量磁光效應(yīng)的旋光特性和調(diào)制特性。2第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)原理

磁光效應(yīng):

當(dāng)平面偏振光穿透某種介質(zhì)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(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)表明其旋轉(zhuǎn)角正比于外加的磁場強(qiáng)度B，這種現(xiàn)象稱為法拉第(Fmday)效應(yīng)，也稱磁致旋光效應(yīng)，簡稱磁光效應(yīng)。即：

式中l(wèi)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)，稱為維爾德(Vedet)常數(shù)。

3第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二磁光效應(yīng)系統(tǒng)示意圖4第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二磁光效應(yīng)的應(yīng)用利用磁光效應(yīng)在激光技術(shù)中可制成磁光調(diào)制器、磁光開關(guān)、磁光隔離、磁光偏轉(zhuǎn)器、磁光環(huán)行器、磁光衰減器等功能性磁光器件，其中磁光調(diào)制器最為典型。磁光調(diào)制器又分為直流磁光調(diào)制器和交流磁光調(diào)制器。世界上任何透明物質(zhì)都具有法拉第效應(yīng)，利用法拉第效應(yīng)可以研究物質(zhì)的能譜結(jié)構(gòu)知識。5第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二直流磁光調(diào)制直流線圈產(chǎn)生穩(wěn)恒磁場;當(dāng)線偏振光平行于外磁場入射磁光介質(zhì)的表面，穿過厚度為l的介質(zhì)后,光波的偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)表明其旋轉(zhuǎn)角正比于外加的磁場強(qiáng)度B:6由此可以看出，在直流磁光調(diào)制中，維爾德常數(shù)。是常量，l是磁光晶體長度是常量。旋轉(zhuǎn)角與磁場強(qiáng)度B的關(guān)系是？在這個實(shí)驗(yàn)中,我們能測出B嗎?第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二交流磁光調(diào)制7為起偏器P與檢偏器A主截面之間的夾角，I0為光強(qiáng)的幅值，當(dāng)線圈通以交流電信號設(shè)調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場為則介質(zhì)相應(yīng)地會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角設(shè)起偏器與檢偏器的夾角為，初始入射光強(qiáng)為，則從檢偏器輸出的光強(qiáng)為：第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二公式中:為起偏器和檢偏器的夾角;

為調(diào)制深度控制的角度;第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二9當(dāng)=90°時，上式變?yōu)椋寒?dāng)=0°時，上式變?yōu)椋海嚎梢缘玫奖额l分量，條件是：=0°或90°第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二磁光調(diào)制的基本參量調(diào)制深度式中Imax和Imin,分別為調(diào)制輸出光強(qiáng)的最大和最小值

10調(diào)制角幅度θ第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)儀器及注意事項(xiàng)檢偏與光電接受組件

錐體可調(diào)圓盤用以粗調(diào)檢偏器的角度，在交流調(diào)制時調(diào)節(jié)，后面的精密測微量角器，用以細(xì)調(diào)檢偏器的旋角，在直流調(diào)節(jié)時用。11第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二12

注意：做交流調(diào)制時，先將“直流勵磁”置于“關(guān)”，否則，長時間加電過熱發(fā)燙甚至燒壞。實(shí)驗(yàn)儀前面板第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二注意：“調(diào)制輸出”輸出的是交流信號“勵磁輸出”輸出的是直流流信號

兩接口不要接反，否則會燒壞線圈13主控單元后面板第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及測試方法調(diào)出磁光調(diào)制倍頻現(xiàn)象測出直流磁光調(diào)制θ∽I曲線方法一：消光法：直接消光法測量。方法二：交流倍頻法采用在交流磁光調(diào)制下出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)倍頻現(xiàn)象做為基準(zhǔn)，通過示波器波形間接測量消光位置。第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二15消光法：起、檢偏器透光軸垂直時，消光；加直流磁光調(diào)制，光偏轉(zhuǎn)一角度，則消光現(xiàn)象消失；再轉(zhuǎn)動檢偏器出現(xiàn)消光，此時，檢偏器轉(zhuǎn)過的角度就是磁光調(diào)制使光偏振面旋轉(zhuǎn)的角度。交流倍頻法測直流磁光調(diào)制：以交流磁光調(diào)制出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)倍頻現(xiàn)象做為基準(zhǔn)，檢偏器只有在直流調(diào)制消光位置時，才出現(xiàn)倍頻信號（此倍頻信號可以通過示波器觀察，靈敏度高于光強(qiáng)），由此可用示波器上出現(xiàn)的倍頻信號來精確確定直流調(diào)制消光位置。通過調(diào)節(jié)檢偏器，重復(fù)出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)倍頻現(xiàn)象來判斷磁致旋轉(zhuǎn)角變化角度。交流倍頻法相對于消光法，現(xiàn)象明顯，檢偏器位置準(zhǔn)確，能精確測定

∽B的關(guān)系。第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主要步驟1、打開調(diào)制幅度和解調(diào)幅度開關(guān)，將二者均調(diào)到最大（解調(diào)幅度始終保持最大，保證實(shí)驗(yàn)成功率）２、光路準(zhǔn)直３、交流調(diào)制調(diào)節(jié)：（1）檢偏器的精密測角器盤預(yù)置在0位；（2）插入起偏器(P)，儀器電源打開，調(diào)制加載和直流勵磁開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)，調(diào)節(jié)起偏器，使通過起偏器后的光強(qiáng)較強(qiáng)；(3)

調(diào)節(jié)檢偏器，起偏檢偏正交，消光，輸出光強(qiáng)值小于0.1

16第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二17（4）插入磁光調(diào)制器，使激光束正射透過。打開調(diào)制加載開關(guān)，將調(diào)制幅度和解調(diào)幅度調(diào)至最大。再次仔細(xì)調(diào)節(jié)檢偏器粗調(diào)盤，使接收光強(qiáng)接近于0（達(dá)到最小，應(yīng)該在0.1以下），這時PA；同時觀察示波器，解調(diào)波形幅度最小時出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，即解調(diào)信號頻率是調(diào)制信號頻率的兩倍。注意：為了調(diào)出倍頻現(xiàn)象，應(yīng)該把調(diào)制幅度和解調(diào)幅度先調(diào)到最大，調(diào)出倍頻后再根據(jù)需要減小。第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二4、直流磁光調(diào)制

（1）在交流磁光調(diào)制倍頻狀態(tài)下，將勵磁電磁鐵(M)置于光具座上，粗調(diào)盤不得再轉(zhuǎn)動，記錄精密測角器讀數(shù)為

1

；（2）開啟直流勵磁開關(guān)，適當(dāng)增加勵磁強(qiáng)度，使勵磁線圈通以直流電流IDC

，此時原來的倍頻現(xiàn)象消失，再細(xì)調(diào)檢偏器的精密測角器使光強(qiáng)讀數(shù)恢復(fù)近于0，重新出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，記下前后測角器度盤讀數(shù)

2，其差值絕對值|

2－

1|即為偏振面的旋角。18第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二直流調(diào)制數(shù)據(jù)記錄直流電流IDC(A)0.30.60.91.21.5

2偏轉(zhuǎn)角

=|

2－

1|19初始角

1=作

∽B(IDC)曲線。IDC通過勵磁電流表讀出。IDC單位：A第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二讀數(shù)問題順時針轉(zhuǎn)時：讀數(shù)應(yīng)為0°，1°，2°，……逆時針轉(zhuǎn)時：讀數(shù)應(yīng)為90°，89°，88°，……精密刻度盤上精度為2′20第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二問題直流磁光調(diào)制為何在交流磁光調(diào)制倍頻狀態(tài)下做？這樣做有何好處？21第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二倍頻法做直流磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢如果不用倍頻法做直流磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)，則偏振面的磁致旋轉(zhuǎn)角通過消光法測得，由檢偏器在平面偏振光振動方向變化前后的消光位置來確定。由于消光位置附近光強(qiáng)變化率較小，檢偏器的精度不夠，確定精確消光位置較困難，這樣也就影響了磁致旋轉(zhuǎn)角的精確測量。采用在交流磁光調(diào)制出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)倍頻現(xiàn)象做為基準(zhǔn)，檢偏器在只有消光位置時，出現(xiàn)倍頻信號，由此可用出現(xiàn)倍頻信號來確定消光位置。通過調(diào)節(jié)檢偏器，重復(fù)出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)倍頻現(xiàn)象來判斷磁致旋轉(zhuǎn)角變化角度，現(xiàn)象明顯，檢偏器位置準(zhǔn)確，就能精確測定

~B的曲線關(guān)系。22第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容總結(jié)直流磁光調(diào)制,表格2,測量不同直流電流下的重火石旋轉(zhuǎn)角θ,作出θ與B(IDC)的曲線關(guān)系.23第23頁，共24頁，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)調(diào)節(jié)過程中也應(yīng)避免激光直射人眼，以