磁光效应

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电光磁光效应实验报告(3篇)

电光磁光效应实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解电光效应和磁光效应的基本原理。

2. 通过实验验证马吕斯定律和法拉第定律。

3. 探究电光晶体在不同电场和磁场下的光学性质。

4. 深入理解光的偏振现象及其在光通信和光显示等领域的应用。

二、实验原理电光效应是指当光通过电场作用下的介质时,光的偏振方向发生改变的现象。

马吕斯定律描述了电光效应的基本规律,即入射光的偏振方向与电场方向垂直时,透射光的强度与入射光的强度成正比。

磁光效应是指光通过磁场作用下的介质时,光的偏振方向发生改变的现象。

法拉第定律描述了磁光效应的基本规律,即光在磁场中传播时,其偏振方向会旋转。

三、实验仪器与材料1. 电光晶体样品(如LiNbO3)2. 激光器(如He-Ne激光器)3. 偏振器4. 电场发生器5. 磁场发生器6. 光功率计7. 光谱仪8. 望远镜9. 计算机及数据采集系统四、实验步骤1. 电光效应实验(1)将电光晶体样品放置在实验装置中,并确保其表面平行于电场方向。

(2)调整偏振器,使其偏振方向与入射光的偏振方向垂直。

(3)开启激光器,调节光功率计,使入射光功率稳定。

(4)调节电场发生器,改变电场强度,观察透射光的偏振方向变化。

(5)记录不同电场强度下透射光的偏振方向,并与理论计算结果进行比较。

2. 磁光效应实验(1)将电光晶体样品放置在实验装置中,并确保其表面平行于磁场方向。

(2)调整偏振器,使其偏振方向与入射光的偏振方向垂直。

(3)开启激光器,调节光功率计,使入射光功率稳定。

(4)调节磁场发生器,改变磁场强度,观察透射光的偏振方向变化。

(5)记录不同磁场强度下透射光的偏振方向,并与理论计算结果进行比较。

3. 电光与磁光效应综合实验(1)同时调节电场发生器和磁场发生器,观察透射光的偏振方向变化。

(2)记录不同电场和磁场强度下透射光的偏振方向,并与理论计算结果进行比较。

五、实验数据与结果分析1. 电光效应实验:通过实验数据,可以观察到透射光的偏振方向随电场强度的变化而变化,符合马吕斯定律。

磁光效应简介

磁光效应简介
详细描述
法拉第反射是光在磁场中反射时,偏振面发生旋转的现象。这种现象是由于光 在磁场中反射时,磁场所引起的偏振面旋转角与光反射距离成正比。
磁光克尔效应
总结词
磁光克尔效应是磁光效应的一种 ,在光学测量和光学通信等领域 有重要应用。
详细描述
磁光克尔效应是指在外加磁场作 用下,某些非中心对称晶体或各 向异性媒质中,由于光偏振方向 改变而引起折射率变化的现象。
光学数据加密
利用磁光效应可以对数据进行加密和解密,提高数据的安全性。
光学检测领域的应用
光学传感
利用磁光效应可以设计出各种光学传感器,用于测量物理量的变化,如磁场、温度、压力等。
非线性光学效应
磁光效应可以增强非线性光学效应,如光学倍频、光学参量放大等,为光学检测提供了新的手段。
其他领域的应用
激光雷达
2. Phelan, T. W., & Ritz, T. (2007). Magneto-optic effects in semiconductor quantum dots. Journal of applied physics, 101(6), 063102.
3. Sivak, D. A., & Zhang, X. (2012). Magneto-optic effects in thin film garnets. Journal of magnetism and magnetic materials, 324(20), 3395-3400.
磁光效应的实验研究
近年来,实验研究主要集中在利用磁光效应进行 光学通信、光学传感、光学信息处理等领域。
3
磁光效应的理论模型
理论模型主要基于经典电磁理论和量子力学理论 进行描述。

磁光效应实验报告

磁光效应实验报告

磁光效应实验报告磁光效应是指当一束光穿过具有磁性的介质时,光的传播速度和偏振方向都会发生变化的现象。

磁光效应实验是研究光在磁场中的行为和性质的重要手段,通过实验可以验证磁光效应的存在,并测定磁光常数等参数。

本实验旨在通过测量光在磁场中的传播速度和偏振方向的变化,验证磁光效应的存在,并进一步探究其规律和特性。

实验仪器和材料:1. He-Ne 氦氖激光器。

2. 磁铁。

3. 偏振片。

4. 介质样品。

5. 光电探测器。

6. 数据采集系统。

实验步骤:1. 将氦氖激光器放置在实验台上,并调整使其发出稳定的激光。

2. 在激光器发出的光路上放置一个偏振片,调整偏振片使光通过后为线偏光。

3. 将磁铁放置在光路上,使光线通过磁场区域。

4. 在磁场区域内放置介质样品,调整磁场强度和方向。

5. 在光路的末端放置光电探测器,并连接数据采集系统,记录光的强度和偏振方向随时间的变化。

实验结果:通过实验测量和数据分析,我们发现在磁场作用下,光的传播速度和偏振方向发生了变化。

当介质样品处于磁场中时,光的传播速度随磁场强度和方向的变化而发生改变,同时光的偏振方向也发生了旋转。

这些结果表明了磁光效应的存在,并且为进一步研究磁光效应的规律和特性提供了重要的实验数据。

实验讨论:磁光效应的存在和特性对于光学和材料科学具有重要意义。

通过实验我们可以进一步研究磁光常数和材料的磁光性质,为开发新型光学器件和材料提供理论和实验基础。

在实际应用中,磁光效应也被广泛应用于光学通信、光存储和光传感等领域,具有重要的科学和技术价值。

结论:通过本次实验,我们验证了磁光效应的存在,并测定了光在磁场中的传播速度和偏振方向的变化。

磁光效应是光学和材料科学中的重要现象,具有重要的理论和实际应用价值。

我们将继续深入研究磁光效应的规律和特性,为光学和材料科学的发展做出更多的贡献。

通过本次实验,我们对磁光效应有了更深入的了解,也为相关领域的研究和应用提供了实验数据支持。

磁光效应简介

磁光效应简介

极向克尔效应

极向克尔效应的磁致效应最强,而且和纵 向的克尔效应一样都与磁化强度成正比, 因此极向克尔效应是目前应用最广泛的一 种克尔效应。

习惯上可以将极向克尔效应的旋转简称为 克尔旋转。它与物质的折射率有关。而且 也和外磁场和磁化强度有关。
磁光材料

磁光晶体是具有磁光效应的晶体材料。 磁光效应与晶体材料的磁性,特别是材 料的磁化强度密切相关,因此一些优良 的磁性材料往往是磁光性能优良的材料。


石榴石单晶

石榴石单晶是一种十分常见的硅酸盐类矿物, YIG是一种典型的亚铁磁性石榴石材料。它能 传递近红外光。 石榴石铁氧体是一种极具代表性的强磁性物质, 在近红外波段具有非常高的透过率。 由于光是一种电磁波,当光透过透明的磁性物 质或在磁性物质表面反射时,会受到磁性物质 内部磁矩的影响,产生磁光效应。 而在YIG中铁离子是磁性离子。当用其他离子 代替铁离子时,总磁矩或者增加或者减少。从 而影响了他的磁光效应的效果。
石榴石单晶薄膜

磁光薄膜有单晶、多晶和非晶态等多种类型。 常用的介质薄膜多为单晶和多晶薄膜。稀土石 榴石在1000~6000nm的范围内有很低的光吸收, 而在其他的光波区域,吸收则大大增加。因此 我们在其中掺入一些其他的元素,抑制它对光 波的吸收。例如:在其中掺入Pr,他的主要作 用是使膜呈平面易磁化。从而增强磁光效应。

磁光效应包括很多种,目前对其研究பைடு நூலகம்应 用最广泛的是法拉第效应和克尔效应。
磁光效应的几种理论

一、法拉第效应 二、克尔效应 三、磁线双折射(科顿—莫顿效应或者佛赫特 效应) 四、磁圆振二向色性

五、塞曼效应
六、磁激发光散射 下面就简单介绍一下法拉第效应和克尔效应。

磁光效应

磁光效应
磁光效应
目录
磁光效应原理
• 法拉第效应基本概述
磁光材料介电常数各向异性
• 对各向同性材料外加磁场 • 材料本身的铁磁性
磁光效应当今具体应用
• 光纤电流传感器优点 • 具体的操作
引言
自然界中存在一些物质,当线偏振光沿光轴方向通过这些物质后,其偏振面会 发生旋转,即发生旋光现象,称之为自然旋光。 旋光现象最早由阿拉果在石英晶体中发现,随后毕奥发现一些各向同性的气体 和液体也具备该特性;而一些不具备自然旋光本领的晶体在磁场的作用下,偏 振面产生偏转的现象称为磁光效应,该现象由法拉第首次发现,也称为法拉第 效应。
将各向同性吸收体放入磁场:
光纤式电流传感器(OFCT) 主要由传感头 、输送与接收光纤 、电子回路 等三部分组成 , 如图 1 所示 :
各向异性吸收体的磁光第效应:
H1是金 H2是连续的电介质层,介电常数为2 H3是掺铋钇铁石榴石Bi-substituted yttrium iron garnet M是玻璃,介电常数为2.13
参考文献——张昊. 环形结构全光纤电流传感器研究[D]. 福建师范大学, 2014.
在自然旋光晶体中,对应左右旋圆偏振光的折射率不同,而光在磁场的作用下, 同样也会有这样的效应产生。磁场作用下,经过一定长度的传播后,两种圆偏 振光转过的角度将大小不同,如图2.3。
二、磁光效应介电常数
一般的,在没有外加磁场的情况下,二氧化硅为各向同性吸收材料,相对介电 常数值取一个常数:
谢谢!
参考文献——Lei C, Li D, Chen L, et al. Enhancement of magneto-optical Faraday effects and extraordinary optical transmission in a tri-layer structure with rectangular annular arrays[J]. Optics Letters, 2016, 41(4):729.

磁光效应传感器原理和应用范围

磁光效应传感器原理和应用范围

磁光效应传感器原理和应用范围1. 引言嘿,大家好!今天我们要聊聊一个有趣的话题——磁光效应传感器。

别看这名字听起来复杂,其实它的原理和应用都是挺简单的,就像我们生活中的一杯水,表面平静,却有许多奥妙藏在里面。

磁光效应听起来像是科幻电影里的高科技玩意儿,但其实它就在我们身边,默默地为我们的生活和工业服务。

你准备好了吗?那咱们就开始吧!2. 磁光效应传感器的原理2.1 磁光效应是什么?首先,让我们来搞清楚什么是磁光效应。

简单来说,磁光效应就是当光线通过一个有磁场的物质时,它的传播方式会受到影响。

就像你在河边看鱼,水流的波动会改变你看到的鱼的样子,磁光效应也是如此。

这里面有个关键点,那就是光的偏振状态会因为磁场而改变,听起来是不是很酷?2.2 传感器的工作原理那么,传感器是怎么工作的呢?想象一下,你在海边用望远镜观察远方的船只。

这个望远镜就是我们的传感器,它能捕捉光线的变化。

磁光效应传感器利用材料对光的响应,能很敏锐地检测到周围环境的变化,比如磁场的强弱。

当外部磁场作用在传感器上时,传感器内部的光线就会发生变化,通过一些特殊的算法,我们就能把这些变化转化为可用的数据。

就像是将复杂的音乐简化成简单的旋律,既好听又易懂!3. 磁光效应传感器的应用范围3.1 工业领域说到应用,磁光效应传感器可谓是“无处不在”。

在工业领域,它们的身影可真是随处可见,简直就是工业界的小精灵。

比如在汽车制造中,这种传感器能够帮助检测汽车部件的磁场变化,确保安全性和稳定性。

想象一下,万一某个部件出现问题,那可是“前面一片狼藉”的大事!而有了这些传感器,汽车的安全性就能得到保障。

3.2 医疗领域除了工业,这种传感器在医疗领域的应用也越来越多。

想象一下,医生在给病人做检查时,如果能更精准地监测到病人的状态,那可真是“如虎添翼”啊!例如,在一些磁共振成像(MRI)设备中,磁光效应传感器可以帮助提高成像的清晰度和准确性。

通过精准的测量,医生能更好地诊断病情,给患者提供及时有效的治疗。

磁光效应

磁光效应

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• 法拉第旋转效应的应用
法拉第效应可以应用于测量 仪器。例如,法拉第效应被用于 测量旋光度、或光波的振幅调变 、或磁场的遥感。在自旋电子学 里,法拉第效应被用于研究半导 体内部的电子自旋的极化。法拉 第旋转器(Faraday rotator)可 以用于光波的调幅,是光隔离器 与光循环器(optical circulator )的基础组件,在光通讯与其它 激光领域必备组件。
克尔磁光效应的应用
克尔磁光效应主要应 用与磁光光盘存储系统中。 人们很早就知道光信息的记 录和再生技术----照相技术 。激束发明后,照相技术有 了很大的发展。光盘就是用 激光非接触式高密度地记录 图像,声音,数据等信息的 圆板状媒体。
参考资料
李国栋 -《 磁性材料及器件》 都有为 - 《功能材料》 牛永宾,许丽萍等 - 《红外与激光工程》
• 克尔磁光效应
线偏振光入射到磁化媒
质表面反射出去时,偏振面
发生旋转的现象。也叫克尔
磁光效应或克尔磁光旋转。
这是继法拉第效应发现
后,英国科学家J.克尔于
图一
1876年发现的第二个重要
的磁光效应。
按磁化强度和入射面的相对取向,克尔磁光效应分极向 克尔磁光效应、横向克尔磁光效应和纵向克尔磁光效应 (图一)。极向和纵向克尔磁光旋转都正比于样品的磁 化强度。通常极向克尔旋转最大、纵向次之。
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法拉第磁光效应

法拉第磁光效应

法拉第磁光效应
1 磁光效应的基本概念
磁光效应,也称为法拉第效应,是指在施加磁场时,光在介质中
的传播速度及折射率等光学参数发生变化的现象。

这种现象是由英国
科学家法拉第于1845年首次发现的,因而得名为磁光效应或法拉第效应。

2 磁光效应的原理
磁光效应的原理基于磁场与电介质中的电场相互作用而产生的。

在磁场存在的情况下,电介质中的电子将受到磁场的作用而发生运动,并因此产生磁矩。

当光线通过这样的电介质时,它的电矢量将与产生
的磁场相互作用,从而导致光的折射率的变化。

换句话说,磁光效应
是由磁场和电光作用相互影响而产生的光现象。

3 磁光效应的应用
磁光效应在很多领域中都有着重要的应用。

当前,磁光效应广泛
应用于光学通信、光学传感器、光学计算、光学储存等领域。

在光学
通信中,磁光效应可以用来调制光信号;在光学传感器中,它可以用
来检测磁场强度,测量温度和应力等参数;在光学计算和光学存储中,磁光效应可以用来实现光路开关和存储数据,等等。

这些应用表明,
磁光效应在光学领域中具有广阔的前景和应用前景。

4 磁光效应的未来
随着光学科学和技术的快速发展,磁光效应也得到了更多的研究和应用。

目前,科学家们正在进行更为深入的研究,以探索并开发磁光效应的更多潜在用途。

例如,一些新型的材料和结构正被研究,以提高磁光效应的灵敏度和响应时间,以及拓展其应用范围。

因此,磁光效应有望在未来的科学研究和工程技术中发挥更为重要的作用。

磁光效应物理实验报告(3篇)

磁光效应物理实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解磁光效应的原理及其在光学领域中的应用;2. 掌握磁光效应实验的基本操作;3. 通过实验,测定磁光效应中的一些关键参数,如磁光克尔效应和法拉第效应;4. 分析实验数据,得出磁光效应的相关规律。

二、实验原理磁光效应是指电磁波在磁场中传播时,其电磁场分布发生变化的现象。

主要包括磁光克尔效应和法拉第效应。

1. 磁光克尔效应:当线偏振光通过具有磁光性质的介质时,其偏振面会旋转一个角度,称为克尔角。

克尔效应的大小与磁场的强度和介质的磁光常数有关。

2. 法拉第效应:当线偏振光通过具有法拉第效应的介质时,其偏振面会旋转一个角度,称为法拉第角。

法拉第效应的大小与磁场的强度、介质的法拉第常数以及光在介质中的传播速度有关。

三、实验仪器与材料1. 磁光克尔效应实验装置:包括线偏振光源、磁光克尔效应样品、检偏器、光电池等;2. 法拉第效应实验装置:包括线偏振光源、法拉第效应样品、检偏器、光电池等;3. 直流稳压电源、磁铁、光具座、光电池读数仪等。

四、实验步骤1. 磁光克尔效应实验:(1)将线偏振光源发出的光通过检偏器,得到线偏振光;(2)将线偏振光照射到磁光克尔效应样品上,调节磁铁的位置,使样品处于磁场中;(3)通过检偏器观察光电池的输出信号,记录克尔角;(4)改变磁场强度,重复上述步骤,得到一系列克尔角数据。

2. 法拉第效应实验:(1)将线偏振光源发出的光通过检偏器,得到线偏振光;(2)将线偏振光照射到法拉第效应样品上,调节磁铁的位置,使样品处于磁场中;(3)通过检偏器观察光电池的输出信号,记录法拉第角;(4)改变磁场强度,重复上述步骤,得到一系列法拉第角数据。

五、实验数据整理与归纳1. 对磁光克尔效应实验数据进行处理,得到克尔角与磁场强度的关系曲线;2. 对法拉第效应实验数据进行处理,得到法拉第角与磁场强度的关系曲线;3. 根据实验数据,分析磁光克尔效应和法拉第效应的规律。

六、实验结果与分析1. 磁光克尔效应实验结果表明,克尔角与磁场强度呈线性关系,符合磁光克尔效应的规律;2. 法拉第效应实验结果表明,法拉第角与磁场强度呈线性关系,符合法拉第效应的规律;3. 通过实验,验证了磁光效应在光学领域中的应用,如光学隔离器、光开关等。

磁光效应的解释和应用

磁光效应的解释和应用

磁光效应的解释和应用磁光效应是一种非常特殊的物理现象,它能够在磁场和光之间相互转换。

具体来说,就是在一个磁场中,光线可以被偏转方向。

这个现象神秘而神奇,被广泛地应用在各个领域,包括科学研究、医疗、通信和娱乐等方面。

本文将介绍磁光效应的基本原理和它的一些应用。

磁光效应的基本原理磁光效应是指当光线穿过磁场时,它的偏振方向会被改变的现象。

这个现象可以通过克尔效应来解释。

克尔效应是指在磁场中,不同方向的偏振光线速度不同,因而会产生不同的相位差,从而导致整个光波面的旋转。

更具体地说,当光线通过具有磁性材料时,它会与材料中的磁电荷相互作用,从而导致光线的偏振方向发生变化。

这个过程可以进一步分为常磁性和巨磁性两种情况。

常磁性是指材料中的原子磁矩与磁场方向不一致,这个情况下发生的克尔效应叫做Faraday效应。

而在巨磁性材料中,磁电荷的方向与磁场方向相同,因此会导致Cotton-Mouton效应。

磁光效应的应用磁光效应在科学研究、医疗、通信和娱乐等领域都有广泛的应用。

在科学研究方面,磁光效应被广泛用于材料磁性、磁场和磁畴的研究。

通过测量磁光的旋转角度,可以确定磁场的强度和方向。

磁光效应还常用于开发和研究磁场和磁性材料的新型传感器和器件。

在医疗方面,磁光效应被应用于磁共振成像(MRI)。

在MRI中,利用磁光效应来感测人体内部磁场的小变化,通过这种方式可以创造出人体内部对不同成分的特定效果图像,以诊断不同的病症。

同时,MRI还可以用于医学研究和药物开发等方面。

在通信领域,磁光效应被广泛应用于光学通信中。

磁光器件(Magneto-optical Devices)是一种把电信信息转化为光信号的器件。

通过磁光器件转化,光信号可以更好地保持原信息,并且能够更快地在波长间切换,实现更快速和高质量的数字通信。

在娱乐领域,磁光效应也有一些应用。

例如,磁光图像, 是一种让图像通过光线的磁光效应呈现出立体效果的图像。

这些图像需要使用特定的眼镜来观看,因为它们有双效性。

磁光效应

磁光效应

磁光效应磁光效应是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。

包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。

这些效应均起源于物质的磁化,反映了光与物质磁性间的联系。

下面我们将分别简要介绍各个不同的磁光效应1.法拉第效应1)发现:1845年,法拉第发现:当一束平面偏振光通过置于磁场中的磁光介质时,平面偏振光的偏振面就会随着平行于光线方向的磁场发生旋转。

旋转的这个角度称之为法拉第旋转角,偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比,即ψ=VBl,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。

偏转方向取决于介质性质和磁场方向。

上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。

2)实验原理法拉第效应实验装置如图所示。

由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360~800nm的单色光,经过起偏镜成为单色线偏振光,然后穿过电磁铁。

电磁铁采用直流供电,中间磁路有通光孔,保证人射光与磁场B方向一致。

根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。

入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上,透过检偏器的光进入光电倍增管,由数显表显示光电流的大小,即出射光强的大小。

根据出射光强最大(或最小)时检偏器的位置读数即可得出旋光角。

检偏器的角度位置读数也由数显表读出。

3)应用:法拉第效应可以应用于测量仪器。

例如,法拉第效应被用于测量旋光度、或光波的振幅调变、或磁场的遥感。

在自旋电子学里,法拉第效应被用于研究半导体内部的电子自旋的极化。

法拉第旋转器(Faraday rotator)可以用于光波的调幅,是光隔离器与光循环器(optical circulator)的基础组件,在光通讯与其它激光领域必备组件。

具体应用如下:(1) 量糖计(自然旋光)(2) 磁光开关与磁光调制器(点调制与空间调制)(3) 磁光光盘:光信息存储(4) 磁光电流传感器(或互感器):测量大电流等;法拉第效应可用于混合碳水化合物成分分析和分子结构研究。

磁光效应实验观察与记录

磁光效应实验观察与记录

磁光效应实验观察与记录
引言
磁光效应是一种物理现象,是指介质在磁场作用下发生的光学现象。

本文将通
过实验来观察和记录磁光效应的现象,以探究其特性和表现。

实验材料
•磁场发生器
•高度可调的光学台
•可旋转的偏振片
•高斯计
•汞灯
实验步骤
1.在光学台上放置汞灯,使其发出平行光束。

2.在光路中央放置一个可旋转的偏振片,调整其角度,使其与入射光垂
直。

3.将磁场发生器放置在偏振片的上方,调节磁场强度。

4.使用高斯计测量磁场强度,并记录下来。

5.观察入射光在经过偏振片和磁场后的光学现象,记录下观察到的现象。

实验结果
根据实验观察记录,我们可以看到在磁场作用下,偏振片的透过光强度发生了
变化。

当调节磁场强度时,透过偏振片的光强度也相应发生了变化,呈现出周期性的变化规律。

通过测量和记录实验数据,我们可以得出不同磁场强度下磁光效应的特点和规律。

结论
磁光效应是一种磁场作用下的光学现象,通过实验观察和记录,我们可以了解
到在不同磁场条件下,偏振光的透过光强度发生的变化。

这为我们深入理解磁光效应的机制提供了实验数据支持,也有助于进一步研究磁光效应的应用和特性。

通过这次实验,我们更加了解了磁光效应的特性和表现,为磁光效应的研究和
应用提供了重要参考。

希望这次实验观察与记录能够对相关学科的研究和实践有所启发,促进磁光效应领域的进一步探索和发展。

8、磁光效应解析

8、磁光效应解析

8、磁光效应磁光效应是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。

包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿- 穆顿效应等。

这些效应均起源于物质的磁化,反映了光与物质磁性间的联系。

笔者认为这些磁光效应实验进一步说明光子具有电磁质量。

(一)、“法拉第效应”1845年M.法拉第发现,当线偏振光在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度“与磁感应强度B和光穿越介质的长度I的乘积成正比,即VBI,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。

偏转方向取决于介质性质和磁场方向。

上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。

该效应可用来分析碳氢化合物,因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性;在光谱研究中,可借以得到关于激发能级的有关知识;在激光技术中可用来隔离反射光,也可作为调制光波的手段。

因为磁场下电子的运动总附加有右旋的拉穆尔进动,当光的传播方向相反时,偏振面旋转角方向不倒转,所以法拉第效应是非互易效应。

这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。

许多微波、光的隔离器、环行器、开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。

“法拉第是很熟悉借助于偏振光来研究产生在透明固体中的协变的方法的。

他作了许多实验,希望发现偏振光在通过内部存在着电解导电或介电感应的媒质时所受到的某种作用。

然而他并没有能找到任何这种作用,尽管实验是用按照最适宜发现拉力的效应的方式装置起来的--电力或电流和光线相垂直,并和偏振平面成45 度角。

法拉第用各种方式改变了实验,但是没有发现由电解电流或静电感应引起的对光的任何作用。

然而他在确立光和磁之间的关系方面却取得了成功,而他作到这一点的那些实验则描述在他的《实验研究》的第十九组中。

我们将把法拉第的发现取作我们有关磁的本性的进一步探索的出发点。

从而我们将描述一下他所观察到的现象。

一条平面偏振的光线从一种透明的抗磁性媒质中通过;当从媒质中出来时,用一个检偏器截断它的路程,以测定它的偏振面。

8、磁光效应汇总

8、磁光效应汇总

8、磁光效应磁光效应是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。

包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。

这些效应均起源于物质的磁化,反映了光与物质磁性间的联系。

笔者认为这些磁光效应实验进一步说明光子具有电磁质量。

(一)、“法拉第效应”1845年M.法拉第发现,当线偏振光在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比,即ψ=VBl,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。

偏转方向取决于介质性质和磁场方向。

上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。

该效应可用来分析碳氢化合物,因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性;在光谱研究中,可借以得到关于激发能级的有关知识;在激光技术中可用来隔离反射光,也可作为调制光波的手段。

因为磁场下电子的运动总附加有右旋的拉穆尔进动﹐当光的传播方向相反时﹐偏振面旋转角方向不倒转﹐所以法拉第效应是非互易效应。

这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。

许多微波﹑光的隔离器﹑环行器﹑开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。

“法拉第是很熟悉借助于偏振光来研究产生在透明固体中的协变的方法的。

他作了许多实验,希望发现偏振光在通过内部存在着电解导电或介电感应的媒质时所受到的某种作用。

然而他并没有能找到任何这种作用,尽管实验是用按照最适宜发现拉力的效应的方式装置起来的--电力或电流和光线相垂直,并和偏振平面成45度角。

法拉第用各种方式改变了实验,但是没有发现由电解电流或静电感应引起的对光的任何作用。

然而他在确立光和磁之间的关系方面却取得了成功,而他作到这一点的那些实验则描述在他的《实验研究》的第十九组中。

我们将把法拉第的发现取作我们有关磁的本性的进一步探索的出发点。

从而我们将描述一下他所观察到的现象。

一条平面偏振的光线从一种透明的抗磁性媒质中通过;当从媒质中出来时,用一个检偏器截断它的路程,以测定它的偏振面。

磁光效应原理(一)

磁光效应原理(一)

磁光效应原理(一)磁光效应:介绍与原理解析1. 引言•磁光效应是一种在材料中观察到的光学现象。

•它是研究磁学和光学交叉领域的一大重要课题。

2. 什么是磁光效应?•磁光效应指的是材料在外加磁场的作用下,其折射率与光线的传播方向和磁场的方向之间有一定的关联关系。

•简单来说,就是材料的光学性质会受到磁场的影响。

3. 磁光效应的分类根据材料的响应方式和体现形式,磁光效应可以分为以下几种:3.1 外尔磁光效应•外尔磁光效应是指材料在外加磁场下,产生的一种线性光学现象。

•这种效应是由于磁场影响了材料中电子的运动状态,进而改变了折射率。

3.2 法拉第磁光效应•法拉第磁光效应是指材料在外加磁场下,产生的一种非线性光学现象。

•这种效应是由于磁场影响了材料中电子的非线性极化行为,进而改变了折射率。

3.3 磁光透明效应•磁光透明效应是指材料在外加磁场下,展示出无损吸收和透射的特性。

•这种效应在一些人工合成的磁光材料中得到了广泛的研究和应用。

4. 磁光效应的原理解析磁光效应的原理涉及到材料中电子的自旋和轨道运动,以及磁场与电子之间的相互作用。

以下是一些重要的原理解析:4.1 塞曼效应•塞曼效应是指材料中处于外加磁场下的自旋磁矩与外加磁场的相互作用导致能级分裂的现象。

•这种能级分裂会对材料的光学性质产生影响,进而引发磁光效应。

4.2 波尔磁子•波尔磁子是指电子在磁光效应中,自旋和轨道运动产生的磁矩。

•波尔磁子的大小与电子的自旋和轨道运动有关。

4.3 光子与磁光材料的相互作用•光子在磁光材料中的传播将受到材料的折射率影响,折射率的变化与材料中的波尔磁子和外加磁场强度有关。

•这种相互作用导致了磁光效应的观察与应用。

5. 磁光效应的应用前景由于磁光效应的研究与应用对于光通信和磁存储等领域有重要意义,因此具有广阔的应用前景。

以下是几个潜在的应用方向:5.1 磁光存储技术•利用磁光效应可以实现非破坏读取储存介质的数据,具有高容量、高速度和光学可控的特点,有望应用于大容量的磁光存储技术。

磁光效应

磁光效应

磁光效应从广义来说,磁光效应是通过光学方法检测被测物体磁性质的方法。

一束探测光照射到被测物体上,探测光和被测物体发生相互作用后,探测光离开被测物体,这时探测光的物理状态会发生变化,通过检测这种变化,就可以推断出被测物体的磁性质。

从本质上讲,被测物体的磁学性质反映了电子自旋取向分布的状况。

因为磁光效应反映的是被测物体的磁性质,所以进行磁光效应测量的时候,经常会给样品施加上磁场,磁光效应的强度会随着外界磁场的变化而变化。

一般来说,磁光效应会使探测光的物理状态发生两种变化:第一种变化是探测光偏振方向变化(Rotation),即入射光和出射光的偏振方向会不同。

第二种变化是探测光的椭圆率发生了变化(Elliptically),即入射光和出射光的左旋偏振分量和右旋偏振分量比率会发生变化。

从经典光学上讲,磁光效应就是被测物体对左旋偏振光和右旋偏振光的反应不同。

根据光路布局的不同,磁光效应可以分为两类:第一类是Faraday 效应,它的特点是探测光束透射过被测物体。

Faraday 效应的优点是探测光和被测物体的作用距离长,所以信号强度相对大,容易测量;Faraday 效应的缺点是被测物体必须是透光的。

根据施加到样品上的磁场方向的不同,Faraday 效应有两种实验布局:第一种称为Faraday布局,其特点是外加磁场方向平行于探测光的方向;图1. Faraday 效应图2. Faraday布局第二种称为V oigt布局,其特点是外加磁场方向垂直于探测光的方向。

图3. Voigt布局第二类磁光效应称为Kerr效应(MOKE),它的特点是探测光束从被测物体上反射而出。

Kerr效应的优点是实验操作上简单,缺点是磁光效应弱。

图4. Kerr效应根据施加到样品上的磁场方向的不同,Faraday 效应有三种实验布局:第一种称为Polar MOKE,它的特点是外加磁场方向垂直于被测物体表面,但平行于入射平面。

图5. Polar MOKE 布局第二种称为Longitudinal MOKE,它的特点是外加磁场方向平行于被测物体表面,也平行于入射平面。

讲课磁光效应及其应用概要课件

讲课磁光效应及其应用概要课件

磁光效应原理
磁光效应的产生源于物质的磁性对光 子传播的轨道角动量和自旋角动量的 影响。
在磁场作用下,物质的原子或分子的 能级发生分裂,不同能级间跃迁产生 的光的偏振状态不同,从而导致了光 在物质中的传播性质发生变化。
磁光效应的分类
常见的磁光效应包括法拉第旋转、磁 双折射、磁致二向色性等。
磁双折射是指在磁场作用下,物质的 折射率发生变化的现象,导致光的传 播速度和偏振状态发生变化。
高性能磁光材料的制备困难
制备具有优异磁光性能的材料是一项技术挑战,需要精确控制材料 的成分、结构和制备工艺。
磁光器件的小型化与集成化
为了满足现代通信和传感技术的需求,磁光器件需要实现小型化、 集成化,这涉及到微纳加工和光子集成等技术的挑战。
市场前景
磁光效应在光学通信领域具有广阔的应用前景
随着信息技术的快速发展,光学通信对高速、大容量的数据传输需求日益增长,磁光效应作为一种独特的光学调 制手段,在光学通信领域具有广阔的市场前景。
4. 通过光探测器检测光的强度,判断 光的隔离效果。
磁光传感器实验
总结词
利用磁光效应实现物理量测量的实验
详细描述
通过测量磁场的变化,实现对物理量的测量,如压力、温度等。
磁光传感器实验
实验步骤 1. 准备实验器材,如磁光传感器、待测物理量发生器等。
2. 将待测物理量发生器产生的物理量施加到磁光传感器上。
总结词
利用磁光效应实现信息存储的实 验
详细描述
通过改变磁场的方向,实现对存 储介质中磁化方向的控制,从而 实现信息的写入和读取。
磁光存储实验
实验步骤 1. 准备实验器材,如磁光存储器、磁场发生器等。
2. 将待存储的信息编码为磁场方向。

磁-光效应

磁-光效应

磁-光效应磁-光效应:探索光的神秘光,是一种让我们日常生活变得更加便利的神奇物质。

但光究竟是由什么东西构成的?这自古以来一直是物理学家们所研究的难题。

近代科学家们发现,光是由粒子和波动两种形式共同组成的,而这其中涉及到了磁-光效应这一神秘而重要的原理。

磁-光效应是指在磁场的存在下,光线会发生偏转的现象。

这个现象曾经被科学家们反复验证,并在现代技术中得到了广泛的应用。

下面我们将从不同方面来探讨磁-光效应。

一、概念与原理磁-光效应的概念很简单,就是在磁场中光的传播方向发生改变。

这个改变的量通常由磁转率来表示,是光线偏转的角度和磁场大小的比值。

那么,磁-光效应是如何发生的呢?它的原理是光线在光波传递过程中,会产生磁场。

在磁场的作用下,光波的响应会发生变化,从而改变了光线本身的运动方向。

这一原理在光学和物理实验中都得到了广泛应用。

二、应用领域磁-光效应在现代科技中起到了非常重要的作用。

在磁光存储、磁光记录、激光扫描等领域中,磁-光效应都发挥着至关重要的作用。

以磁光存储为例,这种技术利用了光磁互作用原理,将磁化信息焊接在光学介质中,从而实现了高速稳定的信息存储。

而在磁光记录技术中,磁-光效应被用于记录和读取信息的过程中。

此外,磁-光效应还被广泛应用于光纤通讯和激光扫描等领域,成为现代科技中的重要组成部分。

三、磁-光效应实验同时实验是探究磁-光效应现象的有效手段。

常见的磁-光效应实验有振幅旋转干涉法、红外磁吸收光谱法等。

振幅旋转干涉法是通过磁矩的存在使光线在通过磁场时发生一定的相位变化,进而观察干涉图案,从而确定样品的磁矩排列情况。

而红外磁吸收光谱法则是通过测量样品在磁场中吸收红外辐射的变化来推断样品中分子的内部结构、分子中原子的位置等。

总之,磁-光效应是一种神奇而又实用的物理现象,被广泛应用于现代科技发展的各个领域。

在未来的探索过程中,我们或许还会发现更多有趣的应用或发现关于光的更多神奇性质。

磁光效应简介

磁光效应简介
相比之下,对光磁现象的研究院没有磁光效应 那样广泛和深入,迄今也没有分什么应用。不 过,近年来对于光磁效应的研究已有日趋活跃 之势,一些新的光磁现象时有发现,其应用前 景不可忽视。


极向克尔效应

极向克尔效应的磁致效应最强,而且和纵 向的克尔效应一样都与磁化强度成正比, 因此极向克尔效应是目前应用最广泛的一 种克尔效应。

习惯上可以将极向克尔效应的旋转简称为 克尔旋转。它与物质的折射率有关。而且 也和外磁场和磁化强度有关。
磁光材料

磁光晶体是具有磁光效应的晶体材料。 磁光效应与晶体材料的磁性,特别是材 料的磁化强度密切相关,因此一些优良 的磁性材料往往是磁光性能优良的材料。
磁光效应简介
磁光效应
一束入射光进入具有固有磁矩的物质内 部传输或者在物质界面发生反射时,光 波的传播特性,例如偏振面、相位或者 散射特性会发生变化,这个物理现象被 称为磁光效应。 它是描述具有磁矩的物质和光的物理性 质的方法之一。

一般情况下,磁光效应随着物质的磁化强
度的增大而增大,因此非抗磁性物质在外 磁场中磁光效应将明显增强。而一束光进 入处于外磁场中的抗磁性的物质内部时, 也会产生磁光效应,但着类物质的磁化强 度通常远小于其他物质的磁化强度,因此, 其磁化强度十分微弱。

磁光调制器

发生偏振面旋转来调制光束。磁光调制器 有广泛的应用,可作为红外检测器的斩波 器,可制成红外辐射高温计、高灵敏度偏 振计,还可用于显示电视信号的传输、测 距装置以及各种光学检测和传输系统中。 磁光调制器有很多种,常用的有钇铁石榴 石单晶及其薄膜磁光调制器、玻璃磁光调 制器和薄膜波导磁光调制器等。
磁光存储的优点

磁光存储较之以往的存储方法有很多优点: (1)光盘的记录读出光头与盘面不接触; (2)光盘抗盘表面沾污能力强; (3)光盘可以自由更换,重复擦写次数 多,达到了1’000’000次的要求。 所以目前能和硬盘相竞争的也只有磁光 盘。

磁光效应的名词解释

磁光效应的名词解释

磁光效应的名词解释磁光效应,是一种物理现象,指的是某些物质在外界磁场作用下,其光学性质会发生变化的特性。

这种变化主要体现在光的传播速度和偏振态上。

具体来说,当光通过具有磁光效应的物质时,其传播速度会受到磁场的影响,导致光线的传播速度发生变化。

同时,光的偏振态也会随着磁场的改变而出现旋转或偏振方向的变化。

磁光效应最早被发现于19世纪,由法国科学家法拉第首次观察到。

他发现,当通过具有磁光效应的物质的光束受到磁场作用时,光束的传播方向会发生微小的改变。

这一发现引起了科学界的广泛兴趣,并促使人们进一步研究磁光效应的机制以及其应用领域。

磁光效应的机理主要与物质内部的电子结构有关。

在一些材料中,它们的电子会受到外界磁场的作用而发生自旋翻转。

这种自旋翻转会引起材料的光学性质发生变化。

具体来说,当光通过这些材料时,它与材料中的电子相互作用,从而使光的传播速度和偏振态发生变化。

磁光效应在实际应用中具有广泛的用途。

其中一个重要的应用领域是磁光存储技术。

在磁光存储设备中,利用磁光效应可以实现高密度的数据存储。

具体而言,通过利用磁光效应的特性,可以将信息编码到光的偏振态或传播速度中,然后将其记录在磁性材料上。

这种磁光存储技术具有高速、高容量和抗磁场干扰等优点,被广泛应用于光盘、蓝光光盘等设备中。

此外,磁光效应还在生物医学领域中发挥着重要作用。

例如,在光学成像技术中,磁光效应可以用来增强对组织和细胞的成像分辨率。

通过利用磁光效应的特性,可以增强光信号的对比度,从而提高成像的清晰度和准确性。

这对于疾病的早期检测和诊断具有重要意义。

此外,磁光效应还在光纤通信、光学传感器等领域有着广泛的应用。

例如,在光纤通信系统中,利用磁光效应可以实现光信号的调制和解调,从而提高通信信号的传输速率和稳定性。

在光学传感器中,磁光效应可以用来检测磁场的强度和方向,从而实现高灵敏度的磁场传感。

总之,磁光效应是一种物理现象,指的是某些物质在外界磁场作用下,其光学性质会发生变化的特性。

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从光波在介质中传播的图象看,法拉第效应可以做如下理解:一束平行于磁场方向传播的线偏振光,可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。
图3 法拉第效应的唯象解释
如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度 和左旋圆偏振光的传播速度 不等,于是通过厚度为 的介质后,便产生不同的相位滞后:
一、法拉第效应
实验表明,在磁场不是非常强时,如图1所示,偏振面旋转的角度 与光波在介质中走过的路程 及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量 成正比,即:
(1)
比例系数 由物质和工作波长决定,表征着物质的磁光特性,这个系数称为费尔德(Verdet)常数。
费尔德常数 与磁光材料的性质有关,对于顺磁、弱磁和抗磁性材料(如重火石玻璃等), 为常数,即 与磁场强度 有线性关系;而对铁磁性或亚铁磁性材料(如YIG等立方晶体材料), 与 不是简单的线性关系。
(3)
所以
(4)
由(2)式得:
(5)
当 时, ,表示右旋;当 时, ,表示左旋。假如 和 的差值正比于磁感应强度 ,由(5)式便可以得到法拉第效应公式(1)。式中的 为单位长度上的旋转角,称为比法拉第旋转。因为在铁磁或者亚铁磁等强磁介质中,法拉第旋转角与外加磁场不是简单的正比关系,并且存在磁饱和,所以通常用比法拉第旋转 的饱和值来表征法拉第效应的强弱。(4)式也反映出法拉第旋转角与通过波长 有关,即存在旋光色散。
(37)
当 , 时,磁光调制器输出最小光强,由式(33)知
(38)
由式(37)和(38)得

所以有
(39)
调制角幅度 为
(40)
由式(39)和(40)可以知道,测得磁光调制器的调制角幅度 ,就可以确定磁光调制器的光强调制深度 ,由于 随交变磁场 的幅度 连续可调,或者说随输入低频信号电流的幅度 连续可调,所以磁光调制器的光强调制深度 连续可调。只要选定调制频率 (如 )和输入励磁电流 ,并在示波器上读出在 状态下相应的 和 (以格为单位)
【实验原理】
概述:1845年,法拉第(M.Faraday)在探索电磁现象和光学现象之间的联系时,发现了一种现象:当一束平面偏振光穿过介质时,如果在介质中,沿光的传播方向上加上一个磁场,就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度,即磁场使介质具有了旋光性,这种现象后来就称为法拉第效应。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光进行了研究,发现了法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。
假定入射光波场具有通常的简谐波的时间变化形式 ,因为我们要求的特解是在外加光波场作用下受迫振动的稳定解,所以 的时间变化形式也应是 ,因此式(6)可以写成
(7)
式中 ,为电子共振频率。设磁场沿 方向,又设光波也沿此方向传播并且是右旋圆偏振光,用复数形式表示为
将式(7)写成分量形式
(8)
(9)
将(9)式乘 并与式(8)式相加可得
对于每一种给定的物质,法拉第旋转方向仅由磁场方向决定,而与光的传播方向无关(不管传播方向与磁场同向或者反向),这是法拉第磁光效应与某些物质的固有旋光效应的重要区别。固有旋光效应的旋光方向与光的传播方向有关,即随着顺光线和逆光线的方向观察,线偏振光的偏振面的旋转方向是相反的,因此当光线往返两次穿过固有旋光物质时,线偏振光的偏振面没有旋转。而法拉第效应则不然,在磁场方向不变的情况下,光线往返穿过磁致旋光物质时,法拉第旋转角将加倍。利用这一特性,可以使光线在介质中往返数次,从而使旋转角度加大。这一性质使得磁光晶体在激光技术、光纤通信技术中获得重要应用。
微观上如何理解磁场会使左旋、右旋圆偏振光的折射率或传播速度不同呢?上述解释并没有涉及这个本质问题,所以称为唯象理论。从本质上讲,折射率 和 的不同,应归结为在磁场作用下,原子能级及量子态的变化。这已经超出了我们所要讨论的范围,具体理论可以查阅相关资料。
其实,从经典电动力学中的介质极化和色散的振子模型也可以得到法拉第效应的唯象理解。在这个模型中,把原子中被束缚的电子看做是一些偶极振子,把光波产生的极化和色散看作是这些振子在外场作用下做强迫振动的结果。现在除了光波以外,还有一个静磁场 作用在电子上,于是电子的运动方程是
(34)
当 ,即起偏器和检偏器偏振方向平行时,输出的调制光强由式(26)知
(35)
若将输出的调制光强入射到硅光电池上,转换成光电流,在经过放大器放大输入示波器,就可以观察到被调制了的信号。当 时,在示波器上观察到调制幅度最大的信号,当 或 ,在示波器上可以观察到由式(34)和(35)决定的倍频信号。但是因为 一般都很小,由式(34)和(35)可知,输出倍频信号的幅度分别接近于直流分量0或 。
8 102~10 102
冕玻璃
632.8
4.36 102~7.27 102
石英632.84来自83 102磷素589.3
12.3 102
不同的物质,偏振面旋转的方向也可能不同。习惯上规定,以顺着磁场观察偏振面旋转绕向与磁场方向,满足右手螺旋关系的称为“右旋”介质,其费尔德常数 ;反向旋转的称为“左旋”介质,费尔德常数 。
磁光效应综合实验
【实验目的】
1、了解法拉第效应,会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数。
2、能够熟练应用特斯拉计测量电磁铁磁头中心的磁感应强度,并能其分析线性范围。
3、熟悉磁光调制的原理,理解倍频法精确测定消光位置。
4、学会用磁光调制倍频法研究法拉第效应,精确测量不同样品的费尔德常数。
【实验仪器】
FD-MOC-A磁光效应综合实验仪,双踪示波器
(6)
式中 是电子离开平衡位置的位移, 和 分别为电子的质量和电荷, 是这个偶极子的弹性恢复力。上式等号右边第一项是光波的电场对电子的作用,第二项是磁场作用于电子的洛仑兹力。为简化起见,略去了光波中磁场分量对电子的作用及电子振荡的阻尼(当入射光波长位于远离介质的共振吸收峰的透明区时成立),因为这些小的效应对于理解法拉第效应的主要特征并不重要。
其中一米长的光学导轨上有八个滑块,分别有激光器、起偏器、检偏器、测角器(含偏振片)、调制线圈、会聚透镜、探测器、电磁铁。直流可调稳压电源通过四根连接线与电磁铁相连,电磁铁既可以串连,也可以并联,具体连接方式及磁场方向可以通过特斯拉计测量确定。
将读出的 和 值,代入式(39)和(40),即可以求出光强调制深度 和调制角幅度 。逐渐增大励磁电流 测量不同磁场 或电流 下的 和 值,做出 和 曲线图,其饱和值即为对应的最大调制幅度 和最大光强调制幅度 。
四、仪器简介
FD-MOC-A磁光效应综合实验仪主要有导轨滑块光学部件、两个控制主机、直流可调稳压电源以及手提零件箱组成。
, (2)
式中 为真空中的波长。这里应注意,圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移;相位滞后即角位移倒转。在磁致旋光介质的入射截面上,入射线偏振光的电矢量 可以分解为图3-(a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光 和 ,通过介质后,它们的相位滞后不同,旋转方向也不同,在出射界面上,两个圆偏振光的旋转电矢量如图3-(b)所示。当光束射出介质后,左、右旋圆偏振光的速度又恢复一致,我们又可以将它们合成起来考虑,即仍为线偏振光。从图上容易看出,由介质射出后,两个圆偏振光的合成电矢量 的振动面相对于原来的振动面转过角度 ,其大小可以由图3-(b)直接看出,因为
实际上,通常 , 和 相差甚微,近似有
(19)
由(5)式得到
(20)
将式(19)代入上式得到
(21)
将式(16),(17),(18)代入上式得到
(22)
由于 ,在上式的推导中略去了 项。由式(18)得
(23)
由式(22)和(23)可以得到
(24)
式中 为观测波长, 为介质在无磁场时的色散。在上述推导中,左旋和右旋只是相对于磁场方向而言的,与光波的传播方向同磁场方向相同或相反无关。因此,法拉第效应便有与自然旋光现象完全不同的不可逆性。
图1 法拉第磁致旋光效应
表1为几种物质的费尔德常数。几乎所有物质(包括气体、液体、固体)都存在法拉第效应,不过一般都不显著。
表1 几种材料的费尔德常数(单位:弧分/特斯拉·厘米)
物质
( )

589.3
1.31 102
二硫化碳
589.3
4.17 102
轻火石玻璃
589.3
3.17 102
重火石玻璃
830.0
磁光调制主要应用于光偏振微小旋转角的测量技术,它是通过测量光束经过某种物质时偏振面的旋转角度来测量物质的活性,这种测量旋光的技术在科学研究、工业和医疗中有广泛的用途,在生物和化学领域以及新兴的生命科学领域中也是重要的测量手段。如物质的纯度控制、糖分测定;不对称合成化合物的纯度测定;制药业中的产物分析和纯度检测;医疗和生化中酶作用的研究;生命科学中研究核糖和核酸以及生命物质中左旋氨基酸的测量;人体血液中或尿液中糖份的测定等。
(26)
由式(26)可知,当 一定时,输出光强 仅随 变化,因为 是受交变磁场 或信号电流 控制的,从而使信号电流产生的光振动面旋转,转化为光的强度调制,这就是磁光调制的基本原理。
图4 磁光调制装置
根据倍角三角函数公式由式(26)可以得到
(27)
显然,在 的条件下,当 时输出光强最大,即
(28)
当 时,输出光强最小,即
(16)
式中 ,为电子轨道磁矩在外磁场中经典拉莫尔(Larmor)进动频率。
若入射光改为左旋圆偏振光,结果只是使 前的符号改变,即有
(17)
对比无磁场时的色散公式
(18)
可以看到两点:一是在外磁场的作用下,电子做受迫振动,振子的固有频率由 变成 ,这正对应于吸收光谱的塞曼效应;二是由于 的变化导致了折射率的变化,并且左旋和右旋圆偏振的变化是不相同的,尤其在 接近 时,差别更为突出,这便是法拉第效应。由此看来,法拉第效应和吸收光谱的塞曼效应是起源于同一物理过程。
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