磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)

磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)第1頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獯殴庹{(diào)制實(shí)驗(yàn)原理；研究磁場(chǎng)與光場(chǎng)相互作用的物理過(guò)程；測(cè)量磁光效應(yīng)的旋光特性和調(diào)制特性。2第2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(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(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

正比于外加的磁場(chǎng)強(qiáng)度B，這種現(xiàn)象稱(chēng)為法拉第(Fmday)效應(yīng)，也稱(chēng)磁致旋光效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)為維爾德(Vedet)常數(shù)。

3第3頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁光效應(yīng)系統(tǒng)示意圖4第4頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁光效應(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(kāi)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(shí)。5第5頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流磁光調(diào)制直流線(xiàn)圈產(chǎn)生穩(wěn)恒磁場(chǎng);當(dāng)線(xiàn)偏振光平行于外磁場(chǎng)入射磁光介質(zhì)的表面，穿過(guò)厚度為l的介質(zhì)后,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

正比于外加的磁場(chǎng)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(zhǎng)度是常量。旋轉(zhuǎn)角與磁場(chǎng)強(qiáng)度B的關(guān)系是？在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,我們能測(cè)出B嗎?第6頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流磁光調(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(xiàn)圈通以交流電信號(hào)設(shè)調(diào)制線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)為則介質(zhì)相應(yīng)地會(huì)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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月公式中: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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9當(dāng)

=90°時(shí)，上式變?yōu)椋寒?dāng)

=0°時(shí)，上式變?yōu)椋海嚎梢缘玫奖额l分量，條件是：

=0°或90°第9頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁光調(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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(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(pán)用以粗調(diào)檢偏器的角度，在交流調(diào)制時(shí)調(diào)節(jié)，后面的精密測(cè)微量角器，用以細(xì)調(diào)檢偏器的旋角，在直流調(diào)節(jié)時(shí)用。11第11頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12

注意：做交流調(diào)制時(shí)，先將“直流勵(lì)磁”置于“關(guān)”，否則，長(zhǎng)時(shí)間加電過(guò)熱發(fā)燙甚至燒壞。實(shí)驗(yàn)儀前面板第12頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注意：“調(diào)制輸出”輸出的是交流信號(hào)“勵(lì)磁輸出”輸出的是直流流信號(hào)

兩接口不要接反，否則會(huì)燒壞線(xiàn)圈13主控單元后面板第13頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及測(cè)試方法調(diào)出磁光調(diào)制倍頻現(xiàn)象測(cè)出直流磁光調(diào)制θ∽I曲線(xiàn)方法一：消光法：直接消光法測(cè)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(guò)示波器波形間接測(cè)量消光位置。第14頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15消光法：起、檢偏器透光軸垂直時(shí)，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(dòng)檢偏器出現(xiàn)消光，此時(shí)，檢偏器轉(zhuǎn)過(guò)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(cè)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(shí)，才出現(xiàn)倍頻信號(hào)（此倍頻信號(hào)可以通過(guò)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(hào)來(lái)精確確定直流調(diào)制消光位置。通過(guò)調(diào)節(jié)檢偏器，重復(fù)出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)倍頻現(xiàn)象來(lái)判斷磁致旋轉(zhuǎn)角變化角度。交流倍頻法相對(duì)于消光法，現(xiàn)象明顯，檢偏器位置準(zhǔn)確，能精確測(cè)定

∽B的關(guān)系。第15頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主要步驟1、打開(kāi)調(diào)制幅度和解調(diào)幅度開(kāi)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(cè)角器盤(pán)預(yù)置在0位；（2）插入起偏器(P)，儀器電源打開(kāi)，調(diào)制加載和直流勵(lì)磁開(kāi)關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)，調(diào)節(jié)起偏器，使通過(guò)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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17（4）插入磁光調(diào)制器，使激光束正射透過(guò)。打開(kāi)調(diào)制加載開(kāi)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(pán)，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(shí)P

A；同時(shí)觀察示波器，解調(diào)波形幅度最小時(shí)出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，即解調(diào)信號(hào)頻率是調(diào)制信號(hào)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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(lì)磁電磁鐵(M)置于光具座上，粗調(diào)盤(pán)不得再轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄精密測(cè)角器讀數(shù)為

1

；（2）開(kāi)啟直流勵(lì)磁開(kāi)關(guān)，適當(dāng)增加勵(lì)磁強(qiáng)度，使勵(lì)磁線(xiàn)圈通以直流電流IDC

，此時(shí)原來(lái)的倍頻現(xiàn)象消失，再細(xì)調(diào)檢偏器的精密測(cè)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(cè)角器度盤(pán)讀數(shù)

2，其差值絕對(duì)值|

2－

1|即為偏振面的旋角

。18第18頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流調(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(xiàn)。IDC通過(guò)勵(lì)磁電流表讀出。IDC單位：A第19頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

讀數(shù)問(wèn)題順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)：讀數(shù)應(yīng)為0°，1°，2°，……逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)：讀數(shù)應(yīng)為90°，89°，88°，……精密刻度盤(pán)上精度為2′20第20頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問(wèn)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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月倍頻法做直流磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)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(guò)消光法測(cè)得，由檢偏器在平面偏振光振動(dòng)方向變化前后的消光位置來(lái)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(cè)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(shí)，出現(xiàn)倍頻信號(hào)，由此可用出現(xiàn)倍頻信號(hào)來(lái)確定消光位置。通過(guò)調(diào)節(jié)檢偏器，重復(fù)出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)倍頻現(xiàn)象來(lái)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(cè)定

~B的曲線(xiàn)關(guān)系。22第22頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容總結(jié)直流磁光調(diào)制,表格2,測(cè)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(xiàn)關(guān)系.23第23頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)調(diào)節(jié)過(guò)程中也應(yīng)避免激光直射人眼，以免對(duì)