法拉第实验

φ= θ/2 即电矢量的振动方向旋转了一个 角度,也就是该平面偏振光的偏 振面旋转了一个角度.
设介质的厚度为D, 的传播速度为 , 的传播速度为VR则
nBRL
其中nR为在磁场作用下，右旋圆偏振光通 过介质的折射率，nL为左旋圆偏振光通过 介质的折射率，c为真空中的光速。
（三）法拉第旋光角计算
450 最大.这时
当θ很小时，则有
这时光强随调制电流作线性变化。因此，为减少调制 失真，起偏器和检偏器中两光偏振方向的初始夹角Φ必 须取45 º
三、实验装置
㈠ 光源系统：
1.白炽光源：用来提供白光。 2.单色仪：用来产生单色光。 3 .起偏镜：用来产生平面偏振光。 ㈡ 磁场系统：
1.电磁铁：圆柱型磁头，中心有通光孔。 2.激磁电源：1--5A，输出连续可调。 3.高斯计：用来测量电磁铁所产生的磁场 强度。
说明光偏振面的旋转和调制电流有线性关系。
层密绕螺线管，其轴线上的磁感应强度B 与线圈中的电流强度i有正比关系：B=Ki， K为比例常数。于是
此式说明光偏振面的旋转和调制电流有线性关系。
按照马吕定律，如不计衰减，通过线偏振 器，经检偏器出射的光强为
(3.4.11)
式中I(0)是检偏器与线起偏器的透光偏振方向间 。 的夹角Φ=0时的出射光强。如果在它们之间插入
增加了ΔV：
当左旋光子参与交互作用时：
而右旋光子参与交互作用时：
其函数形式取决于介质的轨道电子能级结构。
当而 左右旋光子参与交互作用时：
我们知道，介质对光的折射率是光子能量（ћω） 的函数： 其函数形式取决于介质的轨道电子能级结构。
可以认为，在磁场作用下，具有能量为（ ћω ） 的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构等价于 不加磁场时能量为（ ћω -ΔVL）的左旋光子所遇 到的轨道电子能级结构。因此有：
• 费尔德常数随光的频率和温度而变。
表中给出若干种物质的费尔德常数V 的数值。
法拉第效应与自然旋光的区别
• 法拉第效应的旋光现象与旋光性晶体 或溶液的旋光现象有明显的区别。对 于旋光性晶体或溶液，当平面偏振光 通过介质后被反射回来沿相反方向再 度通过该介质，其出射光的偏振面仍 为入射介质前的偏振状态，旋光角相 消为零。而法拉第效应是不可逆的光 学过程，光线往返一周，出射光的偏 振面旋转角度却增加一倍。
即
同理： 即
（3.4.28） （3.4.29）
把（3.4.28）和（3.4.29）代入
得
且因为
因为2代c入
代入上式得
或 其中 称费尔德常数，它反映了介质材料的一种特性。
对于CGS制，则有：
（四）磁光调制
• 通常把光的频率、相位、振幅三个参量 中的一个随外加信号而变化——称为磁 光调制。若磁光效应中的磁化线圈为多
㈢ 样品介质系统： 1.样品介质：选用光学玻璃，做成三棱镜形状， 四面抛成光学面，既可以放在磁场中作旋光样品， 也可以放在分光仪上测样品介质的的色散关系。 2.样品盒和支架：铜材料做成。 ㈣ 旋光角监测系统： 1.检偏测角仪：用来检测偏振光的偏振方位。 2.光电倍增管：用来接收检偏后出射光信号，转 换成电流信号输出给直流复射式检流计。 3.直流复射式检流计：用来接收光电倍增管的输 出电流信号。 4.高压电源：用来提供光电倍增管工作电压。
（二）在磁场作用下介质的旋光作用
• 入射平面偏振光可视为左旋和右旋的两个圆偏 振光的叠加。在磁场作用下，处于磁场中的介 质呈现各向异性,其光轴方向为沿着磁场方向. 当一束平面偏振光沿着磁场方向通过磁场中介 质的时候,便会产生下图所示情形.
在磁场作用下通过介质时,我们认为
ER传播速度比EL慢,那么通过介质 后ER和EL 之间将产生相位差θ,合 成电矢量则旋转一个角度φ:
㈤ 最小偏向角测量系统：
1.白炽光源 2.单色仪 3.分光仪：用来测量样品介质对应不同波 长和最小偏向角的对应关系。
四、实验装置的调整
1、预热：接通电源及白炽灯电源，预热10 分钟。 2、仪器调整：将单色仪入射狭缝宽度调为 0.02mm，即游标上2个格，旋转读数手轮， 将光波长读数手轮置于待测位置（手轮读 数与波长对照表由实验室提供）。调整单 色仪高度，使在电磁铁另一侧能观察到完 整的出射光。将数显表与整机相连，接通 电源，微动数显表，使数显表示值最大。
• 由量子理论知道，介质中原子的轨道电 子具有磁偶极矩μ：
VemLB 其中e为电子电荷，mBaidu Nhomakorabea电子质量， 为电子的轨 道角动量
在磁场作用下，一个电子磁矩具有势能V：
在磁场B作用下，当平面偏振
光通过介质时，光子与轨道电
子发生交互作用，使轨道电子
发生能级跃迁。跃迁时轨道电
子吸收角动量
,跃迁后
轨道电子动能不变，而势能则
近代物理实验
法拉第效应
引言
1845年，法拉第在探索电磁现象和光学现象之 间的联系时发现：有一束平面偏振光穿过媒质时，若 在媒质中，沿光的传播方向加一个磁场，就能观察到 光经过样品后偏振面转过一个角度，即磁场使媒质具 有旋光性—此现象被后人称为法拉第效应。—
实验目的
• １、了解磁光效应现象和法拉第 效应的作用机理。
I 00
一磁光介质样品，则光通过样品时发生偏振面旋 转。若旋光角为θ，输出光强则
(3.4.12)
此式表明，控制样品的磁化电流，可控制输出光 强。这样利用法拉第效应就实现了光强的调制。
为了提高磁光调制器的灵敏度和线性度，必须恰当地 选择系统的工作状态。由（3.4.11）式得
当
时，由偏振面旋转所引起的输出光强的变化
• ２、掌握光线偏振面旋转角度的 测量方法，并计算电子核质比e/m。
实验仪器
• 光源、磁场系统、单色仪、特斯拉计、 样品、检偏测角仪、示波器或检流计
实验原理
• （一）法拉第效应 （１）法拉第效应的定量描述是法拉
第—费尔德定律 θ=VBL
θ－旋光角 V－费尔德常数 B－磁场磁感强度 L－光在介质中经过的路程
说明
• 一般物质的费尔德常数值都很小，比例常数V由物 质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性。
• 几乎所有的物质（包括气体、液体、固体）都存在 法拉第效应，不过一般都不显著。
• 不同的物质，偏振面旋转的方向也可能不同。习惯 上规定，旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向 一致的，叫正（右）旋V＞0；反之叫负(左)旋V＜0。