法拉第效应实验报告

1、法拉第效应一、实验目的1.理解法拉第效应的经典理论。2.掌握磁光测量的方法。二。实验原理1.法拉第效应实验表明，偏振面的磁偏转可以定量地描述如下：当磁场不是很强时，振动面的旋转角度与光波在介质中传播的路径和介质中的磁感应强度在光传播方向上的分量成正比。这个定律也叫做法拉第-费尔德定律，即比例系数由物质和工作波长决定，代表物质的磁光特性。这个系数叫做费尔德常数，它与光学频率和温度有关。几乎所有的物质都有法拉第效应，但它们一般都不重要。不同物质的振动表面旋转的方向可能不同。一般规定：如果旋转方向与螺线管产生磁场的电流方向一致，则称之为正旋转()，否则称之为负旋转()。法拉第效应不同于自然旋转。在法

2、拉第效应中，对于给定的物质，偏振面相对于实验室坐标的旋转方向仅由方向决定，与光的传播方向无关。这个光学过程是不可逆的。当光线一圈又一圈的时候，旋转角度会加倍。自然旋转是可逆的，当光线一圈又一圈时，累积旋转角度为零。与自然旋转相似，法拉第效应也有色散。含有三价稀土离子的玻璃的费尔德常数可以近似表示为：这是物理量的函数，如透射光波长、有效偶极矩阵列、温度和浓度，但与入射波长无关。这个值随波长变化的现象称为光色散。2.法拉第效应的经典理论从光波在介质中传播的图像来看，法拉第效应可以理解为一束平行于磁场方向传播的平面偏振光，它可以看作是两个等幅左旋和右旋偏振光的叠加，左旋和右旋光是相对于磁场方向的。被

3、介质中原子核束缚的电子在两个旋转的人类光电矢量的作用下作稳定的圆周运动。当在垂直于电子轨道平面的方向上施加磁场时，将在电子上产生径向力，该力的方向将由光的旋转方向和磁场的方向决定。因此，作用在电子上的总径向力可以有两个不同的值。轨道半径也可以有两个不同的值。因此，对于给定的磁场，将有两个电偶极矩和两个极化。这样，在磁场的作用下，左旋圆偏振光的折射率不同于右旋圆偏振光的折射率，通过厚度为：真空中光的波长在哪里？圆偏振光的相位是旋转矢量的角位移，相位滞后是角位移的倒数。在介质的入射面上，入射平面偏振光可以分解成两个旋转方向不同的圆偏振光之和，如图2.1所示。图2.1旋光的解释穿过介质后，它们的相位

4、不同，旋转方向也不同。出射面从介质中出射后，两个圆偏振光的合成矢量e的偏振方向相对于原始方向转过一个角度：如果总和之差与磁感应强度成正比，则公式可由公式得出磁场使左右圆偏振光的折射率不同。微观上，可归因于磁场作用下原子和分子能级及量子态的变化。法拉第效应的严格推导涉及到色散的量子力学理论。3.法拉第旋转角的计算让介质中原子的轨道电子有磁短路：轨道角动量在哪里？在磁场中，电子磁矩的势能是这里是电子轨道角动量的轴向分量。就波长而言，我们得到这是计算法拉第效应旋转角的公式。结果表明，旋转角度与样品介质的厚度和磁感应强度有关与入射光的波长和样品介质的色散成正比。三。实验仪器法拉第效应实验装置如图3.1

5、所示。该设备分为几个部分：图3.1实验装置示意图光源系统：白炽灯、透镜组、单色仪、斩波器和偏振器。磁场系统：电磁铁和电源，特斯拉计。样品介质：可以选择费尔德常数大的材料，一般是含有重金属或稀土离子的光学玻璃，样品做成圆柱形。旋光角检测系统：偏振分析仪、前置放大器、锁相放大器、光电倍增管及其电源和输出指示。四.实验内容1.确保磁场和光电倍增管的旋钮处于最小逆时针位置，并打开电源。2.磁场归零，光电倍增管的电压慢慢调整到650伏。注意在调整过程中输出指示不能过载。3.慢慢转动调节旋钮，找到消光点并记录消光角，即法拉第旋转角的零点。4.固定光的波长，增加磁场值，测量不同位置的偏角，计算旋转角度。5.

6、以波长为，并在处测量偏角。6.用另一个样品重复实验。V.数据处理1.第一个样本样本厚度(1)在波长下，实验数据如下磁场强度0100200300400500600偏转角68.064.560.456.452.047.443.5法拉第旋转角03.57.611.61620.624.5表5.1中的数据根据表格中的数据，绘制关系图，数据点的直线拟合结果如下：图5.1根据法拉第-费尔德定律，法拉第和费尔德之间存在线性关系，该系数用下面的最小二乘法计算。对于具有线性关系的数据，系数,引入实验数据，然后得到费尔德常数(2)在波长下，实验数据如下磁场强度0200400600偏转角63.058.054.149.7法

7、拉第旋转角05.08.913.3表5.2中的数据根据表格中的数据，绘制如下关系图：图5.2数据的线性系数和费尔德常数可以从公式中得到(3)在波长下，实验数据如下磁场强度0200400600偏转角63.758.654.549.4法拉第旋转角05.19.214.3表5.3中的数据根据表格中的数据，绘制如下关系图：图5.3数据的线性系数和费尔德常数可以从公式中得到2.第二个样本样本厚度(1)在波长下，实验数据如下磁场强度0100200300400500600偏转角68.462.756.752.148.243.639.7法拉第旋转角05.711.716.320.224.828.7表5.4中的数据根据表

8、格中的数据，绘制如下关系图图5.4数据的线性系数和费尔德常数可以从公式中得到(2)在波长下，实验数据如下磁场强度0200400600偏转角67.261.855.447.1法拉第旋转角05.411.820.1表5.5中的数据根据表格中的数据，绘制如下关系图：图5.5数据的线性系数和费尔德常数可以从公式中得到(3)在波长下，实验数据如下磁场强度0200400600偏转角64.560.055.950.4法拉第旋转角04.58.614.1表5.6根据表格中的数据，绘制如下关系图：图5.6数据的线性系数和费尔德常数可以从公式中得到3.两个样本的图像(1)对于样本1，数据如下：550633700-5.34

9、3-2.822-3.029表5.7散点图如下：图5.7可以看出，费尔德系数的值随着波长的增加而逐渐增大，并且增长率逐渐减慢(2)对于样本2，数据如下：550633700-6.160-4.331-3.013表5.8散点图如下：图5.8可以看出，费尔德系数的值随着波长的增加而逐渐增大。6.思考问题1.什么因素与材料的法拉第效应有关？答：雅高答：当光通过偏振器时，光的吸收程度在不同的偏振方向上有所不同。当偏振方向平行于入射光时，当光垂直于入射光时，光被阻挡。因此，本实验利用了这一特性，通过旋转分析仪找到电流最小的角度，并通过计算旋转角度来计算法拉第旋转角度。3.这个实验的法拉第效应和透明磁性材料的法拉第效应有什么异同？答：磁性材料在磁场的作用下被极化，产生磁场，与原来的磁场重叠，所以磁性材料的法拉第效应很强。4