03激光、全息与光学技术处理法拉第效应

1、43 法拉第效应【实验目的】1， 了解法拉第效应的经典理论2， 掌握进行磁光测量的基本方法【实验仪器】纳光灯（一台），碘钨灯（一台），晶体管稳压电源（1），直流检流计（2），红外单色仪 透镜，样品【1#样品（Ce+3 玻璃），2#样品（ZF-7 重火石玻璃）】，半荫式起偏器，电磁铁，检偏器，手电筒等等【实验原理】1，法拉第效应：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中，沿光的方向加上一个磁场就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度象称为法拉第效应。把这种磁场使介质有了旋光性的现长为 L 的介质在 B 的磁场中偏转角的关系：F VBlV 由物质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性，叫 Verde

2、t 常数。2，法拉第效应与自然旋光：法拉第旋光只由磁场方向有关，和方向无关，是不可逆的光学过程，光线往返一光角将增倍。而自然旋光则是可逆的，光线往返一和为零。光角累计 K ( 1223，色散特性： V)K 与入射波长无关。t4，法拉第效应的经典理论：从光波在介质中的图象看，法拉第效应可以作如下的理解：一束平行于磁场方向传播的平行偏振光，可以看成是两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加。通过 L 的距离后在磁场中引起相位滞后：) 1 ( 2l 2n l) (n n )l 1 1 ( nFRL2RLRL22转换为证明（或推倒）nR nL 正比于磁感应强度 B，便于是到法拉第公式。用经典电动力学中的介质

3、极化和色散的谐振子模型来解，忽略光波中的磁场的作用。到电子运动的微分方程：GGGG2drGd rk re E e () Bm2d td t，其中 r 为电子离开平衡位置的距离。假设入射波具有通常的简谐波的形式所以：G i e G G eGk 2 )r 2(rRE ，其中m61m00mG将该式分别应用于左旋和右旋波并结合 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由无磁场时的散射公式： n 2dm n ( 2 )222000F 1i e i dn iB iii dn iB1e综合：l2c md2c mddn 就是介质无磁场时的色散公式。d【实验装置】1， 光源及照明系统2， 半荫式起偏器623， 电磁铁及电源4， 接收装置【实验步骤】1， 用提供的光源，器件，设置一个测定法拉第旋转角的光路系统。2， 用碘钨灯作光源，测量 1#样品（Ce+3 玻璃）在可见光区的旋光色散曲线。3， 用 Na 光灯作光源，测量样品 1 的法拉第角和磁场的

5、关系，并求出 V 值。4， 用 Na 光灯作光源，测量 2#样品（ZF-7 重火石玻璃）的 V，并判断其旋光特性。【实验数据及处理】1,电磁场分布数据表：I (A)153104156203251252100151197243352991481932404521001501962425平均值1.02.03.04.05.05310215420024752.4101151.8197.8244.62，1#样品（Ce+3 玻璃）在可见光区的旋光色散曲线I4A，L2.885cm,B=197.8mT单色仪读数波长/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旋光色散曲线633， 样品 1 的法拉第角和磁场的关系：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 的关系为线性，斜率为 VL：64色散曲线0 . 040 . 0350 . 030 . 0250 . 020 . 0150 . 017000650060005500500045004000色散曲线斜率：0.0567925 / mT ， 所以：V0.0567925/2.8850.0197 / mT *cm4，2#样品（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