磁光效应实验报告

B/mT
斜率 K=-0.03898， R=-0.99966
V k / D = -0.01299(°/(mT*mm))=-7796[(′)/(T*cm)]
结论：旋光玻璃的费尔德常数为负数，基本符合旋光玻璃的参数。根据公式可知其原因是在 旋光玻璃中右旋偏振光的折射率小于左旋偏振光。 根据公式亦可知旋光玻璃色散 dn/dl 为正 数。 3、 表面磁光克尔效应
轴不够重合，检偏棱镜，透镜聚焦位置不好，抑或是测量时噪音过大，影像数据的读取。
四、
参考文献
[1]. Qiu Z Q , Bader S D. Surface magneto-optic Kerreffect [J ] . Journal of Magnetism and Magnetic Materials , 1999 ,200 :664～678. [2]. 赵凯华. 新概念物理教程·光学[M] . 北京:高等教育出版社,2004. [3]. 刘公强，乐志强，沈德芳。磁光学。 上海科学技术出版社，2002. [4]. 廖延彪. 偏振光学[M] . 北京:科学出版社,2005. [5]. 吴思诚 王祖铨. 近代物理实验 高等教育出版社，2005. [6]. M. Faraday, Trans. Roy. Soc. (London) 5 (1846) 592. [7]. J. Kerr, Philos. Mag. 3 (1877) 339. [8]. J. Kerr, Philos. Mag. 5 (1878) 161. [9]. E.R. Moog, S.D. Bader, Superlattices Microstruct. 1 (1985) [10]. 543. [11]. S.D. Bader, E.R. Moog, P. GruK nberg, J. Magn. Magn. [12]. Mater. 53 (1986) L295. [13]. S.D. Bader, J. Magn. Magn. Mater. 100 (1991) 440. [14]. J.C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, [15]. Vol. II, chap. XXI, Clarendon Press, Oxford, 1873, pp.399-417. [16]. Z.Q. Qiu, S.D. Bader / Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200 (1999) 664}678 677
B/mT
0
-20
-40
-60
-80
-100
-120 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
I/A
图 3、B-I 图 B=-241.4I+0.45 R=-0.99999
结论：励磁电流与磁场在（0.5A 以内）基本成正比 2、 法拉第效应 样品一 B/mT 角度/° 偏转角/° 数据表格 完全消光位置：10.84° -11.4 11.56 0.72 -23.5 12.43 1.59 -35.7 13.38 2.54 D：6.1mm -47.8 14.28 3.44 D：3mm -47.8 11.18 1.88 -59.8 11.57 2.27 -72.0 12.06 2.76 -84.1 12.55 3.25 -96.2 13.06 3.76 -108.2 13.54 4.24 -120.3 14.02 4.72 -59.8 15.20 4.36 -72.0 16.12 5.28 -84.1 17.01 6.17 -96.2 17.94 7.1 -108.2 18.86 8.02 -120.3 19.86 9.02
磁光效应实验
姓 班 学 名： 级： 号：
指导老师： 陈宏 实验时间： 2012.04.09
【摘要】 ：本实验通过研究由光路、励磁电源及电磁铁、样品架、探测、数据采集等部分构 成的系统，根据法拉第效应和表面磁光克尔效应原理，设计了几个实验，磁致旋光效应和克 尔效应进行了观察，对法拉第旋转角、费尔德常数和纵向克尔转角进行了测量和计算。实验 过程中通过控制变量法、数据采集并作图、计算机软件观测等方法手段，让我们对法拉第效 应和表面磁光克尔效应有了更深的理解，对相应的测量有了更好的掌握。 【关键词】 ：法拉第效应、表面磁光克尔效应、费尔德常数、纵向克尔转角
数据表（略） 由数据：I（+）=0.120V， I（-）=0.092V I0=[I(+)+I(-)]/2=0.106V △I=I（+）-I（-）=0.028 δ=60′
θk =3.96′ 结论：外加磁场使样品饱和时，有正向饱和与反向饱和，而两种饱和之间的转化通过的曲线 是不重合的。通过外加磁场使样品饱和后，样品本身的性质发生了变化，即在同一个磁场下 测得电压（探测器光强）不同。实验中得到的磁滞回线在饱和处的交叉一方面可能是光路光
故： 它表明法拉第旋光角的大小和样品介质的厚度成正比，和磁场强度成反比，并且和 入射光的波长λ及样品的色散有关。 2）表面磁光克尔效应 ①当一束线性偏振光入射到不透明样品表面时， 如果样品是各向异性的， 反射光将变成椭圆 偏振光且偏振方向会发生偏转。 而如果此时样品为铁磁状态， 还会导致反射光偏振面相对于 入射光的偏振面额外再转过一小角度， 这个小角度称为克尔旋转角θK ， 即椭圆长轴和参考 轴间的夹角。同时，由于样品对 p 偏振光和 s 偏振光的吸收率不同，反射光的椭偏率也要 发生变化，这个变化称为克尔椭偏率εK ，即椭圆长短轴之比。 按照磁场相对入射面的配置状态不同, 表面磁光克尔效应可以分为 3 种： a. 极向克尔效应,其磁化方向垂直于样品表面并且平行于入射面; b. 纵向克尔效应, 其磁化方向在样品膜面内,并且平行于入射面; c. 横向克尔效应,其磁化方向在样品膜面内,并且垂直于入射面. 经推导，得磁饱和情况下克尔旋角为：
1、 磁场标定 数据表格
I/A B/mT
0 0
0.05 -11.4
0.10 -23.5
0.15 -35.7
0.20 -47.8
0.25 -59.8
0.30 -72.0
0.35 -84.1
0.40 -96.2
0.45 -108.2
0.50 -120.3
表一、磁场标定 B-I 曲线
B-I曲 线 拟 合直 线
克尔椭偏率：
二、
实验
由光路、励磁电源及电磁铁、样品架、探测、数据采集等部分构成如下图的两个系统。 先对磁场进行标定，再分别调整如图光路至满足实验对光路的要求，并对法拉第偏转角、透 过检偏棱镜的光强进行测量，用以计算费尔德常数和纵向克尔转角。
图 1、法拉第实验光路图
图二、表面磁光克尔效应光路图
三、
实验数据处理及结论
③法拉第旋转角的计算
由量子理论知道，样品介质中原子的轨道电子具有磁偶极矩
平面偏振光在磁场 B 作用下通过样品介质时， 光量子与轨道电子发生相互作用， 光量子使轨 道电子由基态激发到高能态，处于激发态的轨道电子吸收了光量子的角动量±h，电子的动 能和以前一样没有改变，而势能则增加了△V。
介质对光量子折射率与光量子能量有关：
一、
前言
1、 实验背景 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， 这个物理现象称为磁光效应 （magneto-optic effect ） 。 法拉第效应和克尔效应都属于磁光效应。 法拉第效应已广泛应用与现代技术中， 例如应用于 物质结构、半导体物理、电工测量、激光技术等的研究中。而克尔效应作为表面磁学的重要 实验手段，已被广泛应用与磁有序、磁各向异性、多层膜中层间耦合以及磁性超薄膜间的相 变行为等问题的研究中。 2、 实验原理 1） 、法拉第效应 ①在磁场不是非常强时， 偏振面旋转的角度α与光波在介质中走过的路程 D 及介质中的 磁感应强度在光的传播方向的分量 B 成正比，即： α = VBD。比例系数 V 由物质和工作波 长决定，表征物质的磁光特性，这个系数称为费尔德常数。 ②经典理论： 法拉第效应来源于电磁场与物质的相互作用。 一束平面偏振光可以分解为 左旋和右旋(相对于磁场)圆偏振光， 当它沿着磁场方向通过磁场中的介质时， 磁场与电子轨 道平面垂直，则电子受到径向洛伦磁力作用，由于光具有左旋和右旋两个电矢量，电子所受 的总径向力(劳仑磁力和束缚力)有两个不同的取值， 因此电子的轨道半径不同， 磁场的作用 使左旋园偏振的折射率 nL 和右旋圆偏振光 nR 不相等， 产生一定的位相差， 从而引起电矢量 偏振面的旋转。α(法拉第转角)为：
样品二： 完全消光位置：9.30° B/mT 角度/° 偏转角/° -11.4 9.76 0.46 -23.5 10.27 0.97 -35.7 10.66 1.36

B-α拟合直线
样品一：
B-α 曲 线
10
拟 合直 线
α /°
8
6
4
2
0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0
B/mT
斜率 k=-0.07594， R=-0.99994
V / BD, / B k (斜率)
V k / D
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V=-0.012657(°/(mT*mm))=-7594[(′)/(T*cm)] 样品二：
B-α 点 线 图 拟 合直 线
5
α /°
4 3 2 1 0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0