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法拉第效应1845年法拉第（Micha1 Faraday）发现玻璃在强磁场的作用下，当平面偏振光沿磁场方向通该物体时，发现透过光仍为平面偏振光，但其偏转面旋转了一个角度，旋转角度的大小与磁场强度成正比具有旋光性，这种旋光作用(Optical nat ation)称为法拉弟效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了对光本性的研究。之后费尔德( Verdet ）对许多介质的磁致旋转进行了研究，发现法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。大部分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的费尔德常数稍大。近年来研究的YIG 等晶体的费尔德常数较大，从而大大提高了实用价值。法拉第效应有许多重用的应用，尤其在激光技术发展后，其应用价值倍增。如用于光纤通讯系统中的磁光隔离器，因为偏振面的磁致旋转取决于磁场的方向，与光的传播方向无关，由此可设计成光隔离器，使光沿规定的方向通过同时阻挡反向传播的光，从而减少光纤中器件表面反射光对光源的干扰；磁光隔离器也被广泛用于激光多级放大技术和高分辨的激光光谱技术，激光选模等技术中。法拉第效应的弛豫时间不大于10-10秒量级。在激光通讯，激光雷达等技术中已发展成类似微波器件的光频环行器、调制器等，利用法拉第效应的调制器（磁光调制器）在的红外波段将起重用作用。且磁光调制器需要的驱动功率较电光调制器小的多。对温度稳定性的要求也较低。所以磁光调制是激光调制技术的重用组成之一，也常用于激光强度的稳定装置。又如作为重要的传感机理应用于电工测量技术中。在磁场测量方面，利用它弛豫时间短（约10-10秒）的特点制成的磁光效应磁强计可测量脉冲强磁场、交变强磁场；利用它对温度不敏感的特点，磁光效应磁强计可适用于较宽的温度范围，如等离子体中强磁场、低温超导磁场；在电流测量方面，利用电流的磁效应和光纤材料的法拉第效应，可测量几千个安培的大电流或几千KV 的高压电流等。1. 实验目的 1、了解磁光效应，掌握光线偏振面旋转角度的测量方法。 2、通过仪器实验，验证费尔德常数公式，并计算荷质比。2. 实验原理法拉第效应是磁场引起介质折射率变化而产生的旋光现象，实验结果表明，光在磁场的作用下通过介质时，光波偏振面转过的角度（磁致旋光角）与光通过的介质厚度D 及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比，即式中 称为费尔德常数，它表征物质的磁光特性（上式具体推导见附录一）。表1 为几种材料的费尔德常数值。物质V水CS2轻火石玻璃重火石玻璃铈磷酸玻璃YIG(YTb) IG589.3589.3589.3589.3500.0830.012701.31x1024.17x1023.17x1028-10x1023.26x1032.04x1063.78x103表1 几种材料的费尔德常数V （弧分特斯拉 厘米）3. 实验装置图l为仪器的示意图。该仪器由光源、磁场和样品、旋光角检测系统等组成。图1 法拉弟效应测试仪结构示意图 1、光源系统： 光源产生复合白光，通过单色仪可获得波长36008000的单色光。单色光经过偏振片变成平面偏振光。 2、磁场和样品介质： 直流电磁铁采用DT4电工纯铁做成磁路，磁极柱直径40mm，磁路中有6mm通光孔。因此，能保证人射光的光轴方向与磁场B的方向一致。磁极间隙为11mm。激磁电流4A时，磁场强度可达8200高斯。图二为激磁电流与磁场强度的关系曲线。图二、激磁电流与磁场强度的关系图 样品介质ZF6为重火石玻璃呈三棱镜（）的形状，样品固定在电磁铁两极之间的夹具上。 3、旋光角的检测系统： 该系统是用以测出旋光角。光电倍增管(GDB404)用来接收旋光信号，反映到数显表上，则是监测透光最大和最小，而旋光角则由角度数显表直接读出。角度显示值为，分辩率1。4. 实验内容 将白炽灯电源线插入电源变压器后，接通电源，开启单色仪人射狭缝(注意开启方向切勿关闭过零)。 将光源、单色仪与电磁铁配合衔接起来，(即把偏板片座套插人电磁铁之圆凹槽里)，从电磁铁另一磁极圆孔中，用30X读数显微镜观察，调整单色仪与电磁铁的配合，使光束(即狭缝象)位于圆孔中心。随后将光电接收的连接罩插人到电磁铁的圆凹槽中。 玻璃样品用弹性固定圈固定在电磁铁磁极中间。 实验步骤如下： 1接通电源，预热5分钟，开始实验： 首先将检偏器手柄(标记为红点)与连接座的标记(为红点)及电磁铁一端的标记(为红点)，三点调成一直线。 灵敏度旋钮，顺时针为增加，逆时针为减少，灵敏度的高低，直接反映在数显表的数字跳动的快慢。注意在同一波长情况下，一经调定，在整个测量过程中即不应再动此旋钮。 把检偏测角的手轮(以下简称手轮)顺时针旋转到头后，再逆时针旋转二周后，按一下清零按钮，角度表示值为零，微动调零手钮，使数显表的示值为零，即可以进行测量。在测量前，验证一下角度表的零位正确与否，可通过加磁场来检验，把稳流电源接画电磁铁，将电流值分别从lA、2A、直到5A，观察其数显表的示值应成线性增加，这说明角度表的零位在此。微动调零手钮使数显表的示值为零。 2测量法拉第效应角： 首先增加电流lA，电流逐渐增加，数显表的示值也同步增加，观察数显表示值从0增加到二位数左右。 再旋转手轮，使角度表的示值从增加到若干度数，使其数显表的示值从二位数逐渐变化到零。 将1A的电流关闭，观察其数显表的示值从零增加二位数，这时角度表的示值为法拉第效应角。 旋转手轮，观察数显表的示值为零时，则角度表的示值为重复性误差(电流从1A、2A增至5A为止)。(在不同的磁强下测量3次，取其平均数) 注意：每次往返测量应在短时间内完成，以免因电路零点漂移引起误差。 3固定磁场强度B，测旋光角仅和波长1的关系曲线，其方法步骤同上。 4检验实验精度，计算电子荷质比。 通过实验所测各曲线的线性或近民性范围内，选择、和 值(取三组数据)，由公式导出： 计算值，比较测得值与经典值比较，求出本实验的相对误差，并分析误差来源。5. 附录一：由经典电子论对色散的解释可得出介质的折射率和入射光频率的关系为 （1）式中是电子的固有频率，磁场作用使电子固有频率改变为（）, (是电子轨道在外磁场中的进动频率）。使折射率变为 （2） 由菲涅耳的旋光理论可知，平面偏振光可看成由两个左、右旋圆偏振迭加而成，上式中的正负号反映了这两个圆偏振光折射率有差异，以和表示。它们通过厚度为D的介