磁光调制实验
5.5磁光调制制
与磁场强度H成正比。
由马吕斯定律：强度为I0的偏振光，通过检偏器后， 透射光的强度为：I=I0 cos2α 其中α为检偏器的偏振化方向与入射偏振光的偏 振化方向之间的夹角。
因此，只要用调制信号控制磁场强度的变化，就会使光
的偏振面发生相应的变化。但这里因加有恒定磁场 Hdc ，
(n左 n右 )l
左旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
迎着光线看（对着光的传播方向），光矢量顺时针转 的称右旋圆偏振光（或椭圆偏振光）；光矢量逆时针 转的称左旋圆偏振光（或椭圆偏振光）
二、磁光相互作用
当光波进入施加了磁场的介质时，其传播特性发生变化，这种 现象称为磁光效应。磁光效应包括法拉第旋光效应、克尔效应、 磁双折射效应等
• 实验测量糖溶液的旋光系数
三、磁光器件
1.磁光隔离器
利用磁致旋光只依赖于磁场方向，而与光传播方向无关 的性质制成。 • B // k， 产生法拉弟旋光效应
• 起偏与检偏夹角 45
B
45介质后（调整B或L）， 偏振面旋转 45 ，正好通过P2
•反向光，线偏振光通过磁光介质后（调整B或L）， 偏振面同方向旋转 450，与P1成900，不通过P1
0
二、磁光调制器 磁光调制是把欲传递的信息转换成光载波的强度(振幅)等参量
随时间的变化，与电光调制、声光调制所不同的是，磁光调制
是电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变在介 质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强度等参量的目的。
磁光体调制器的组成如图所示。
工作物质钇铁石榴石(YIG或掺Ga的YIG棒)放在沿
但在很多晶体中，线偏振光沿光轴方向通过晶体后，偏
法拉第效应与磁光调制实验
一、实验目的 1. 用特斯拉计测量电磁铁磁头中心的磁感应强度，分析线性范围。 2. 法拉第效应实验：正交消光法检测法拉第磁光玻璃的费尔德常数。 3. 磁光调制实验：熟悉磁光调制的原理，用倍频法精确测定消光位置；精确测量不同样品
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 E 可以分解为图 3-(a)
所示两个旋转方向不同的圆偏振光 ER 和 EL ，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。
（7）
由式（7）可知，当α 一定时，输出光强 I 仅随θ 变化，因为θ 是受交变磁场 B 或信号电流
i = i0 sin ωt 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（7）可以得到
I
=
1 2
I0[1 +
cos
器之间加一个由励磁线圈（调制线圈）、磁光调制晶体和低频信号源组成的低频调制器，则调
制励磁线圈所产生的正弦交变磁场 B = B0 sin ωt ，能够使磁光调制晶体产生交变的振动面转
角θ = θ0 sin ωt ，θ0 称为调制角幅度验
I = I0 cos2 (α + θ ) = I0 cos2 (α + θ0 sin ωt)
幅度 i0 连续可调，所以磁光调制器的光强调制深度 i0 连续可调。只要选定调制频率 f （如
实验四 磁光调制实验
实验四、磁光调制实验[实验目的]1.了解法拉第效应的工作原理；2.掌握磁光调制器件性能参数的测量方法；[实验原理]原来没有旋光性的透明介质，如水、铅玻璃等，放在强磁场中，可产生旋光性，这种现象称为法拉第效应。
具体的现象是，把磁光介质放到磁场中，使光线平行于磁场方向通过介质时，入射的平面偏振光的振动方向就会发生旋转，转移角度的大小与磁光介质的性质、光程和磁场强度等因素有关。
对于不同的介质其振动面的旋转方向不同，顺着磁场方向看，使振动面向右旋的，称为右旋或正旋介质，反之，则称为左旋或负旋介质。
ψ＝VlBcosα式中，ψ为振动面旋转的角度， l为光程，B为磁感应强度，α为光线与磁场的夹角，V为比例常数，称费尔德常数，单位rad/Tm，它与磁光介质和入射光的波长有关，是一个表征介质磁光特性强弱的参量。
对于给定的磁光介质，振动面的旋转方向只决定于磁场方向，与光线的传播方向无关。
这点是磁光介质和天然旋光介质之间的重要区别。
就是说，天然旋光性物质，它的振动面旋转方向不只是与磁场方向有关，而且还与光的传播方向有关。
例如，光线两次通过天然性的旋光物质，一次是沿着某个方向，另一次是与这个方向相反，观察结果，振动面并没旋转。
可是磁光物质则不同，光线以相反的两个方向两次通过磁光物质时，其振动面的旋转角是叠加的。
因此，在磁致旋光的情况下，使光线多次通过磁光物质可得到旋转角累加。
图1 磁光调制器结构简图磁光调制器就是根据法拉第效应制成的，其结构见图67-1。
将磁光介质（铁钇石榴石Y3Fe5O12或三溴化铬CrBr3）置于激磁线圈中。
在它的左右两边，各加一个偏振片。
安装时，使它们的光轴彼此垂直。
没有磁场时，自然光通过起偏振片变为平面偏振光通过磁光介质。
达到检偏振片时，因振动面没有发生旋转，光因其振动方向与检偏振片的光轴垂直而被阻挡，检偏振片无光输出。
有磁场时，入射于检偏振片的偏振光，因振动面发生了旋转，检偏振片则有光输出。
光输出的强弱与磁致的旋转角ψ有关。
光学实验二—_电光、声光和磁光调制实验指导书
电光调制实验一 实验原理电光调制实验仪作为高等院校新一代的物理实验仪器，在基础物理实验和相关专业的实验中用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通讯与光信息处理的实验研究。
电光调制器的调制信号频率可达 Hz 量级，因而在激光通讯、激光显示等领域中有广泛的应用。
（一）电光调制原理某些晶体在外加电场的作用下，其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应，利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度,相位或频率的调制，构成电光调制器。
电光效应分为两种类型：（1）一级电光（泡克尔斯—Pockels ）效应，介质折射率变化正比于电场强度。
（2）二级电光（克尔—Kerr ）效应，介质折射率变化与电场强度的平方成正比。
本实验仪使用铌酸锂（LiNbO 3）晶体作电光介质，组成横向调制（外加电场与光传播方向垂直）的一级电光效应。
图1 横向电光效应示意图如图1所示，入射光方向平行于晶体光轴（Z 轴方向），在平行于X 轴的外加电场（E ）作用下，晶体的主轴X 轴和Y 轴绕Z 轴旋转45°，形成新的主轴X ’轴—Y ’轴（Z 轴不变），它们的感生折射率差为Δn ，并正比于所施加的电场强度E ：rE n n 30=∆式中r 为与晶体结构及温度有关的参量，称为电光系数。
n 0为晶体对寻常光的折射率。
当一束线偏振光从长度为l 、厚度为d 的晶体中出射时，由于晶体折射率10910~10１的差异而使光波经晶体后出射光的两振动分量会产生附加的相位差δ，它是外加电场E 的函数： U d l r n rE n nl ⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆=3030222λπλπλπδ (1) 式中λ为入射光波的波长；同时为测量方便起见，电场强度用晶体两极面间的电压来表示，即U=Ed 。
当相差πδ=时，所加电压l d r n U U 302λπ== (2) πU 称为半波电压，它是一个可用以表征电光调制时电压对相差影响大小的重要物理量。
法拉第效应磁光调制实验
法拉第效应
1845年，迈克尔·法拉第（M.Faraday）
发现:在穿过介质时，偏振光波会因为外
磁场的作用，转变偏振的方向，这一现
象称为
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，是光学过程与 电磁学过程有密切 联系的最早证据 。
2.多次拟合结果，累计的系统误差较大
疑问： λ-Θ曲线一定是线性的么
λ-Θ二次拟合
B=498.2mT U=12V
可以做这样的近似
V e dn
2mc d
e 0 ( b c ) mc 2 4
e 0 mc
b
2
总结
4.测量出波长与折射率关系进一步求出电子 的荷质比（误差较大）
计算电子的荷质比
V2m ecddn
dn 2104
d
e dn0.03758
2mc d
算 得 e1.12741011Ckg1 m
实 际 e1.75881011Ckg1 m
实验得到的电子荷 质比比理论值偏小 35%！
误差分析
1.使用特斯拉计测电磁铁中心位置磁场，手 持特斯拉计可能不稳定，造成误差。
(mm)
U-B拟合（线性拟合）
U-B拟合（二次拟合）
B-Θ拟合
λ=580nm
证明Θ与B呈线性关系
对所有的λ进行B-Θ拟合 求出V Θ=VBL
λ/
nm 460 480 500 520 540 560 580 600
斜率
1.075 0.860 0.793 0.689 0.672 0.490 0.522 0.486
（ 1 0 -4）
r2
0.996
0.991Leabharlann 0.9940.996
磁光调制实验报告 -回复
磁光调制实验报告-回复通过建立磁光调制实验系统，掌握磁光效应的原理和应用，并实现对载波的二进制调制、解调和调频过程的观测。
实验原理：磁光效应是指介质中的光在磁场作用下偏振状态的旋转或偏振面的移动。
在磁光效应中，光的振动方向和介质中的磁场方向垂直且相邻两个振动方向的偏转角之间存在比例关系。
在实验中，我们采用了单频光源结合锁相放大器的方式对载波进行调制。
首先，将激光光源通过分束器分为两束，分别经过两个图像旋转器使两束光分别旋转α和−α角，接着将这两束光的振动方向合成一束，指向振荡器的P极板，进而进入样品。
此时，当样品中存在磁场时，光的偏振方向会发生改变。
最后，通过锁相放大器对输出信号进行检测和解调，得到载波的调制信息。
实验装置:实验的主要装置包括激光光源、分束器、图像旋转器、P极板、样品室、锁相放大器等。
实验步骤：1、首先将实验中使用的磁光介质（GdIG）放入样品室中，设置样品温度。
2、打开激光光源和分束器。
将激光光源通过分束器分为两束，分别经过两个图像旋转器使两束光分别旋转α和−α角，合成一束射向P极板的偏振光。
3、打开样品室，并将振荡器调至合适频率并置于样品室中间。
4、给样品加上磁场，调节样品室压强，控制样品温度，使样品处于稳定的工作状态。
5、开启锁相放大器，调节放大器的增益，将输出信号进行检测和解调，得到载波的调制信息，观测得到的曲线图像。
实验结果：实验中得到了不同频率射到GdIG中的激光光的偏振角度，以及载波的调制信息。
调制信息的幅度和相位与磁场的存在和强度有关，从实验结果中可以得到磁场的强度大小和方向对载波调制效果的影响。
实验结论：本实验通过建立磁光调制实验系统，掌握了磁光效应的原理和应用，实现了对载波的二进制调制、解调和调频过程的观测。
实验结果表明，磁场强度的大小和方向对载波调制效果具有明显的影响，为后续磁光效应在通讯和信息处理领域的应用提供了实验基础和方法。
物理实验技术中的磁光调制实验方法
物理实验技术中的磁光调制实验方法磁光调制是物理实验中一种重要的技术方法，可以在光学实验中控制光的传输性能。
通过磁场对材料的磁光性质进行调控，磁光调制实验可以实现光的偏振、幅度和相位的调节，从而在光传输的过程中产生一定的调制效应。
本文将从基本原理、实验仪器和实验步骤三个方面，介绍磁光调制实验的方法和应用。
一、基本原理：磁光调制的基本原理是基于磁光效应。
磁光效应是指在磁场的影响下，材料的折射率会发生变化，从而改变光的传播速度和相位延迟。
具体而言，当光通过具有磁光性质的材料时，会出现棘轮效应和线性磁光效应。
棘轮效应是指光的线偏振方向在磁场的作用下旋转一定角度，而线性磁光效应是指光的相位随磁场的改变而发生变化。
二、实验仪器：进行磁光调制实验需要一些基本的仪器设备。
首先需要一个光源，可以使用激光器或白光源。
其次是一套光学系统，包括透镜、偏振片、分光镜和探测器等。
磁光调制实验还需要一个外加磁场装置，可以使用恒定磁场，也可以使用可调节磁场。
最后，还需要一台计算机和数据采集系统，用于记录和分析实验数据。
三、实验步骤：1. 准备工作：根据实验要求，选择合适的磁光材料和适当的光源。
检查实验仪器的连接情况，确保各个部件正常工作。
2. 光路调整：利用透镜、分光镜和偏振片等光学元件，完成光路的调整。
确保光经过偏振片后，能够以所需的偏振方向进入磁光样品。
3. 材料处理：将磁光样品制备成合适的形状和大小，并进行必要的处理，如去除气泡和表面污染物。
将样品固定于实验台上，保持稳定。
4. 磁场调节：根据实验所需，调节外加磁场的大小和方向。
可以使用恒定磁场装置或可调节磁场装置，确保磁场的稳定性和准确性。
5. 数据采集：通过探测器收集实验数据，并利用计算机进行信号处理和数据分析。
可以记录光强度、偏振角度和相位等参数。
6. 实验结果分析：根据所得数据，分析磁光调制实验的结果。
可以通过比较不同光源、不同磁场和不同样品的实验数据，研究磁光效应的特性。
磁光调制实验
1．李鸿章1872年在上海创办轮船招商局，“前10年盈和，成
为长江上重要商局，招商局和英商太古、怡和三家呈鼎立
之势”。这说明该企业的创办
()
A．打破了外商对中国航运业的垄断
B．阻止了外国对中国的经济侵略
C．标志着中国近代化的起步
D．使李鸿章转变为民族资本家
解析：李鸿章是地主阶级的代表，并未转化为民族资本家； 洋务运动标志着中国近代化的开端，但不是具体以某个企业 的创办为标志；洋务运动中民用企业的创办在一定程度上抵 制了列强的经济侵略，但是并未能阻止其侵略。故B、C、D 三项表述都有错误。 答案：A
11
主控单元后面板 注意：“调制输出”输出的是交流信号 “励磁输出”输出的是直流流信号 两接口不要接反，否则会烧坏线圈
12
实验内容及测试方法
调出磁光调制倍频现象 测出直流磁光调制θ∽I曲线
方法一：消光法：直接消光法测量。 方法二：交流倍频法 采用在交流磁光调制下出现的标准倍频现象 做为基准，通过示波器波形间接测量消光位 置。
交流磁光调制0siniit??t?sin0bb?t???sin0???????????tiiii???????sin2cos122cos12cos00020????????6??为起偏器pp与检偏器aa主截面之间的夹角ii00为光强的幅值当线圈通以交流电信号设调制线圈产生的磁场为则介质相应地会产生旋转角设起偏器与检偏器的夹角为??初始入射光强为则从检偏器输出的光强为
消光法：起、检偏器透光轴垂直时，消光；加直流磁光调 制，光偏转一角度，则消光现象消失；再转动检偏器出现 消光，此时，检偏器转过的角度就是磁光调制使光偏振面 旋转的角度。
交流倍频法测直流磁光调制：以交流磁光调制出现的标准 倍频现象做为基准，检偏器只有在直流调制消光位置时， 才出现倍频信号（此倍频信号可以通过示波器观察，灵敏 度高于光强），由此可用示波器上出现的倍频信号来精确 确定直流调制消光位置。通过调节检偏器，重复出现的标 准倍频现象来判断磁致旋转角变化角度。
磁光调制实验
实验七 磁光调制实验一、 实验背景介绍（一）概述磁光调制是利用某些晶体的磁光效应，对光信号进行调制，使光信号的幅度随着调制信号的变化而变化，实现把调制信号加载到光信号上。
磁光调制在光电检测，光通讯，光显示等领域有着广泛的应用。
（二）磁光效应原理 磁光效应置于外磁场中的物体，在光与外磁场作用下，其光学特性（如吸光特性，折射率等）发生变化的现象。
法拉第效应 1845年由M.法拉第发现。
当线偏振光（见光的偏振）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θ与磁感应强度B 和光穿越介质的长度l 的乘积成正比，即V B L θ=⋅⋅，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。
2 直流磁光调制当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面时，偏振光的光强I 可以分解成如图2所示的左旋圆偏振光I L 和右旋圆偏振光I R ，对应的电矢量为E L 和E R ，两者旋转方向相反。
在磁场作用下，处于磁场中的介质呈现各向异性，由于介质对两者具有不同的折射率n L 和n R ，E L 的传播速度与E R 不同，当它们穿过厚度为L 的介质后会产生相位差，E L 与E R 旋转角度为θL 与θR ，合成电矢量则旋转一个角度θ。
2L L n L πθλ= y=Acos(wt+θ) 初相位的改变 2R R n L πθλ=因θθθθ+=-R L1()()()22L R L R R L Ln n L n n cπωθθθλ=-=-=- （2）其中n R 为在磁场作用下，右旋圆偏振光通过介质的折射率，n L 为左旋圆偏振光通过介质的折射率，c 为真空中的光速。
如折射率差()R L n n -正比于磁场强度B ，即可得（1）式，并由θ值与测得的B 与L 求出维尔德常数V图2 入射光偏振面的旋转运动3 交流磁光调制二、磁光调制实验（一）实验要求1、了解磁光调制实验的原理和方法2、了解磁光调制器用于光通讯的基本原理3、掌握磁光调制器的主要参数的测试方法 （二）实验内容1、测定旋光角与激励电流的关系2、出来晶体的半波电压和工作电压3、观察输出光强极小时，产生的倍频信号4、电光调制实现光通讯演示5、测试电光晶体的消光比和透射率 （三）实验步骤1、实验前的准备（1）按图组成实验系统，首先在光具座上放置好激光器和电接受器（2）设置实验仪（3）光路校准（4）插入起偏器，调节起偏器的高度和转角，使激光束垂直入射镜面，旋转起偏器，使透射光强最大。
磁光调制实验报告
磁光调制实验报告课程：_____光电子实验_____**：：专业：信息工程大学工程管理学院磁光调制实验报告一、实验目的1 观察磁光调制现象2 测量调制深度与调制角幅度3测定旋光角与外加磁场的关系4 测量直流磁场对磁光介质的影响5 磁光调制与光通讯实验演示二、实验原理1 磁光效应当平面偏振光穿透*种介质时，假设在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验说明其旋转角θ正比于外加的磁场强度B，这种现象称为法拉第〔Faraday〕效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即：θ (1)=vlB式中l为光波在介质中的路径，ν为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德〔Verdet〕常数。
由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏转等功能性磁光器件，其中磁光调制为其最典型的一种。
图1 磁光效应示意图如图1所示，在磁光介质的外围加一个励磁线圈就构成根本的磁光调制器件。
2 直流磁光调制当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的外表时，偏振光的光强I可以分解成如图2所示的左旋圆偏振光I L和右旋圆偏振光I R〔两者旋转方向相反〕。
由于介质对两者具有不同的折射率n L和n R，当它们穿过厚度为l的介质后分别产生不同的相位差，表达在角位移上有：式中λ为光波波长 因θθθθ+=-R L()()l n n R L R L ⨯-=-=λπθθθ221( 2 ) 如折射率差()R L n n -正比于磁场强度B ，即可得〔1〕式，并由θ值与测得的B 与l 求出威德尔常数υ。
3 交流磁光调制用一交流电信号对励磁线圈进展鼓励，使其对介质产生一交变磁场，就组成了交流〔信号〕磁光调制器〔此时的励磁线圈称为调制线圈〕，在线圈未通电流并且不计光损耗的情况下，设起偏器P 的线偏振光振幅为A 0，则A 0可分解为A 0 cos α及A 0 sin α两垂直分量，其中只有平行于P 平面的A 0 cos α分量才能通过检偏器，故有输出光强αα2020cos )cos (I A I ==〔马吕斯定律〕其中200A I =为其振幅。
大物实验4——法拉第磁光效应(一)
法拉第磁光效应（一）实验目的1、了解磁光效应现象和法拉第效应的机理。
2、测量磁致旋光角，验证法拉第—费尔德定律θ=VBL 。
3、法拉第效应与自然旋光的区别。
4、了解磁光调制原理。
实验原理1、法拉第效应实验表明，在磁场不是非常强时，如图5.16.1所示，偏振面旋转的角度 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上的分量B成正比，即：θ=VBd（5.16.1）比例系数V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V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），V为常数，即θ与磁场强度B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），θ与B不是简单的线性关系。
图5.16.1 法拉第磁旋光效应不同的物质，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V>0；反向旋转的称为“左旋”介质，费尔德常数V<0。
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。
与固有旋光效应类似，法拉第效应也有旋光色散，即费尔德常数随波长而变，一束白色的线偏振光穿过磁致旋光介质，则紫光的偏振面要比红光的偏振面转过的角度大，这就是旋光色散。
实验表明，磁致旋光物质的费尔德常数V随波长 的增加而减小，旋光色散曲线又称为法拉第旋转谱。
法拉第效应—磁光调制试验
法拉第效应—磁光调制实验汪能06300190058摘要当线偏振光穿过介质时，若在介质中加一平行于光的传播方向的磁场，则光的振动面将发生旋转，这种磁致旋光现象是1845年由法拉第首先发现的，故称为法拉第效应。
通过法拉第效应—慈光调制实验可以研究ZF6重火石玻璃在不同波长下的费尔德而常量，研究其色散曲线，进而测量电子的荷质比。
关键词法拉第效应旋光角费德尔常量荷质比1.引言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。
如图⑴所示：图⑴法拉第效应偏振面转过的角度φ满足以下公式：φ＝VBD其中B为磁场强度，D为介质厚度，V为费德尔常量。
下表为若干物质的费德尔常量。
法拉第效应有许多重要的应用，尤其在激光技术发展后，其应用价值越来越受到重视。
如用于光纤通讯中的磁光隔离器，是应用法拉第效应中偏振面的旋转只取决于磁场的方向，而与光的传播方向无关。
利用法拉第效应驰豫时间短的特点制成的磁光效应磁强计可以测量脉冲强磁场、交变强磁场。
在电流测量方面，利用电流的磁效应和光纤材料的法拉第效应，可以测量几千安培的大电流和几兆伏的高压电流。
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。
2.费德尔常量的测量实验中，直接利用公式：φ＝VBD作φ～B曲线求斜率得到费德尔常量。
磁光效应实验报告
磁光效应实验报告班级：光信息31姓名：张圳学号：21210905023同组：白燕，陈媛，高睿孺近年来，磁光效应的用途愈来愈广，如磁光调制器，磁光开关，光隔离器，激光陀螺中的偏频元件，可擦写式的磁光盘。
所以掌握磁光效应的原理和实验方法非常重要。
一．实验目的1.掌握磁光效应的物理意义，掌握磁光调制度的概念。
2.掌握一种法拉第旋转角的测量方法（磁光调制倍频法）。
3.测出铅玻璃的法拉第旋转角度θ和磁感应强度B之间的关系。
二．实验原理1. 磁光效应当平面偏振光穿过某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表面其旋转角θ正比于外加的磁场强度B，这种现象称为法拉第（Faraday）效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即：θ（9-1）=vlB式中l为光波在介质中的路径，v为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德常数，它是表征物质的磁致旋光特性的重要参数。
根据旋光方向的不同(以顺着磁场方向观察)，通常分为右旋(顺时针旋转)和左旋(逆时针旋转)，右旋时维尔德常数v>O，左旋时维尔德常数v<0。
实验还指出，磁致旋光的方向与磁场的方向有关，由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏振等功能性磁光器件，在激光技术发展后，其应用价值倍增。
如用于光纤通讯系统中的磁光隔离器等。
2.在磁场作用下介质的旋光作用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c / n R 和左旋圆偏振光的传播速度c / n L 不等，于是通过厚度为d 的介质后，便产生不同的相位滞后：d n R R λπϕ2= ， d n L L λπϕ2= （2） 式中λ 为真空中的波长。
法拉第效应磁光调制试验
数据分析
计算费尔德常数 高阶项的 不确定度大于 低阶项的不确 定度。
费尔德常 数的涨落比较 大。
实验内容
测量旋光角的大小与波长的关系
波长增大，偏转角度呈减小的趋势，但是波长越 大，减小的趋势在减弱
数据分析
旋光角的大小与波长的关系
偏转角与波长并不是线性关系，费尔德
常数与介质的色散关系有关，因此需要测量
实验装置
实验内容
测量电流与磁场的关系 遇到的问题 1、电流为零， 磁场不为零 2、电流与磁场 不是线性关系 解决的方法 1、电流按同一 方向增大 2、每一个电流 测一个磁场
实验内容
测量波长与螺距的关系
610 590
570
550 530 510 490 470
螺距的标准 只有几个特殊的 波长 如果需要其 他的波长或者调 出其他螺距时， 就简单地通过拟 合求出
一下重火石玻璃的色散曲线。
法拉第磁光偏转效应的发现实际上是从 实验的角度上证明了光与磁的相互作用
任何伟大的发现在解决老问题的同时又 孕育的新问题
物理的美就在于物质之间的相互作用不 是孤立的，物质具有广延的性质
法拉第效应 磁光调制实验
江智宇 12307130310 光科学与工程系
谢谢大家
450 3 3与磁场的关系
波长λ/nm 500 520 540 560 580 600
斜率10-3·°· Gs-1 18.3 18.0 16.3 14.2 13.6 11.6
纵截距b/° 1.5 -0.2 -0.1 -0.2 0.0 -0.3
误差分析
波长λ/nm 纵截距b/° 不确定度 500 1.5 0.2 520 -0.2 0.4 540 -0.1 0.3 560 -0.2 0.3 580 0 0.4 600 -0.3 0.7
磁光调制实验数据
磁光调制实验数据
磁光调制是一种通过磁场调制光的偏振状态来实现信息传输和存储的技术。
在磁光调制实验中，通过施加磁场来改变样品中的磁畴结构，进而改变光的偏振状态，从而实现信息的调制。
下面是一组关于磁光调制实验的数据及其分析。
实验中使用的样品是一片具有磁光效应的材料，接受到的光强度的变化反映了磁场对光偏振态的调制情况。
实验的目的是研究不同磁场强度对材料的磁光调制效果的影响。
首先，选择了不同的磁场强度，包括0T、0.5T、1T和2T。
使用一束激光器照射在样品表面，通过一个光学检测系统对接收到的光强度进行记录。
经过实验测量，得到了以下数据：
磁场强度（T）光强度（V）
02.5
0.52.2
11.8
21.3
从实验数据可以看出，随着磁场强度的增加，光强度呈现出递减的趋势。
这说明磁场的存在对光的偏振态有一定的调制作用，从而导致光强度的变化。
进一步分析实验数据，可以发现在低强度磁场下（0T和0.5T），光强度的变化不明显。
这可能是因为磁场强度不足以引起材料磁畴结构的明显变化，进而无法有效调制光的偏振状态。
然而，在较高强度的磁场下（1T和2T），光强度的变化较为显著。
随着磁场强度的增加，磁畴结构发生了较大的变化，从而有效调制了光的偏振状态，导致光强度的减小。
通过对实验数据的分析可以得出结论，磁场强度的增加对材料的磁光调制效果有着显著影响。
随着磁场强度的增加，磁场对材料的磁畴结构的调制作用增强，从而导致光的偏振状态的调制效果更加明显。
法拉第效应——磁光调制实验
法拉第效应——磁光调制实验实验者：翦巽王福梅指导老师：白翠琴摘要：通过操作法拉第效应试验仪器，了解磁场和光波长对法拉第效应的影响。
关键词：法拉第效应，Verdet常数简介：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。
本实验除了观测法拉第效应的现象外，同时也需要研究法拉第效应的Verdet 常数。
实验原理：当线偏振光穿过介质时，若在介质中加一平行于光的传播方向的磁场，则光的振动面将发生旋转，这种磁致旋光现象是1845年由法拉第首先发现的，故称为法拉第效应。
振动面转过的角度称为法拉第效应旋光角。
实验发现：θ＝VBLθ为法拉第效应旋光角；L为介质的厚度；B为平行与光传播方向的磁感强度分量；V称为费尔德(Verdet)常数。
实验仪器：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。
实验内容：先使用游标卡尺测量样品的厚度：L=1.070cm开启测试灯源，转动起偏器使得数显表读数达到最小，这时起偏器和检偏器主截面垂直。
磁光调制实验
磁光调制实验实验目的1．了解磁光效应的原理，掌握光线偏振面旋转角度的测量方法。
2．通过试验，验证费尔德常数公式，并计算荷质比。
实验原理1845年，英国科学家法拉第(Faraday)在探索电磁现象和光学现象之间的联系时，发现平面偏振光沿着磁场方向通过磁场中的透明介质时，光的偏振面发生了旋转，其旋转的角度正比于磁感应强度及光波通过介质的路程。
这种现象叫做磁致旋光效应或法拉第效应。
1. 在磁场作用下介质的旋光作用在磁场作用下，处于磁场中的介质呈现各向异性，其光轴方向为沿着磁场的方向。
当一束平面偏振光和沿着磁场方向通过磁场中介质的时候，便会产生如图1所示的情形：图1 平面偏振光沿磁场B 通过介质图2 在波振面内平面偏振光电矢量的旋转设平面偏振光的电矢量为，角频率为ω，研究问题时我们可以把看成两个圆偏振光成分（左旋圆偏振光L 和右旋圆偏振光R ）的矢量合成。
在磁场作用下通过介质时，我XYZ OBL ER EYZOL R E E E +=们可以认为R E 传播速度比L E 慢，那么通过介质后R E 和L E 之间将产生相位差θ，合成矢量E ，则旋转一个角度φ：2θφ=（1）这就是说，在磁场作用下，一束平面偏振光沿着磁场方向通过介质后，它的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 ，L 的传播速度为L V ，R 的传播速度为R V ，则有：)()()(L R L R L R n n CDV D V D t t -=-=-=ωωωθ （2）)(2L R n n CD-=ωφ （3）（2），（3）中R n 为在磁场B 作用下，右旋圆偏振光通过介质的折射率，L n 为左旋圆偏振光通过介质的折射率，C 为真空的光速。
2. 法拉第旋光角度的计算由量子理论知道，介质中原子的轨道电子具有磁偶极矩μ：me2-=μ （4） 其中e 为电子电荷，m 为电子质量，为电子的轨道角动量。
磁光使用说明书
CGT—1型磁光调制实验仪使用说明书目录一．概述（一）磁光效应原理 1 （二）磁光调制实验仪功能特点 4 二技术指标4三仪器结构（一）光路系统 5 （二）电路系统 6 （三）系统连接8 四仪器使用方法（一）实验前的准备9 （二）实验内容10 实验注意事项11１一 概述磁光调制实验仪作为高等院校新一代的物理实验仪器，在基础物理实验和相关专业的实验中，用以研究磁场与光场相互作用的物理过程；测量磁光效应的旋光特性和调制特性；也适用于研究旋光材料的物理性能以及光信息处理的实验研究。
磁光调制器在激光通讯、激光显示等领域都有广泛的应用。
（一）磁光效应原理1 磁光效应当平面偏振光穿透某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表明其旋转角θ正比于外加的磁场强度B ，这种现象称为法拉第（Faraday ）效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即：vlB =θ (1)式中l 为光波在介质中的路径，ν为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德（Verdet ）常数。
由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏转等功能性磁光器件，其中磁光调制为其最典型的一种。
图1 磁光效应示意图如图1所示，在磁光介质的外围加一个励磁线圈就构成基本的磁光调制器件。
2 直流磁光调制当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面时，偏振光的光强I 可以分解成如图2所示的左旋圆偏振光I L 和右旋圆偏振光I R （两者旋转方向相反）。
由于介质对两者具有不同的折射率n L 和n R ，当它们穿过厚度为l 的介质后分别产生不同的相位差，体现在角位移上有：l n L L λπθ2=２l n R R λπθ2=式中λ为光波波长 因θθθθ+=-R L()()l n n R L R L ⨯-=-=λπθθθ221( 2 ) 如折射率差()R L n n -正比于磁场强度B ，即可得（1）式，并由θ值与测得的B 与l 求出维尔德常数υ。
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16
（4）插入磁光调制器，使激光束正射透过。 打开调制加载开关，将调制幅度和解调幅 度调至最大。再次仔细调节检偏器粗调盘， 使接收光强接近于0（达到最小，应该在 0.1以下），这时PA；同时观察示波器， 解调波形幅度最小时出现倍频现象，即解 调信号频率是调制信号频率的两倍。
和最小值 ImaxIminCO2S
ImaxImin
➢ 调制角幅度θ
012co1sIIm maa xx IIm miinn
10
实验仪器及注意事项
➢ 检偏与光电接受组件
锥体可调圆盘用以粗调检偏器的角度，在交流调制时 调节，后面的精密测微量角器，用以细调检偏器的旋角， 在直流调节时用。
11
➢实验仪前面板 注意：做交流调制时，先将“直流励磁”置
现象消失，再细调检偏器的精密测角器使光强读 数恢复近于0，重新出现倍频现象，记下前后测
角器度盘读数 2，其差值绝对值| 2－ 1|即为 偏振面的旋角 。
18
直流调制数据记录
初始角 1=
直流电流IDC(A)
0.3 0.6 0.9 1.2 1.5
2
偏转角 = | 2－ 1|
作 ∽B (IDC)曲线。IDC通过励磁电流表读出 。
6
交流磁光调制
为起偏器P与检偏器A主截面之间的夹角，I0为光强的幅值，
当线圈通以交流电信号 设调制线圈产生的磁场为
i i0 sint BB0sint
则介质相应地会产生旋转角 0sint
设起偏器与检偏器的夹角为 ，初始入射光强为 I0 A02 ，则
从检偏器输出的光强为：
I I 0 c2 o s I 2 0 1 c2 o s I 2 0 1 c2 o 0 si t n
5
直流磁光调制
▪ 直流线圈产生稳恒磁场; ▪ 当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面，
穿过厚度为 l 的介质后,光波的偏振面会发生旋 转，实验表明其旋转角 正比于外加的磁场强度
B: lB
由此可以看出，在直流磁光调制中，维尔德常数。是常量， l是磁光晶体长度是常量。旋转角与磁场强度B的关系是？在
这个实验中,我们能测出B吗?
• 交流倍频法相对于消光法，现象明显，检偏器位置准确，
能精确测定 ∽B的关系。
15
实验内容及主要步骤
1、打开调制幅度和解调幅度开关，将二者均调 到最大（解调幅度始终保持最大，保证实验成 功率）
２、光路准直 ３、交流调制调节： （1）检偏器的精密测角器盘预置在0位；
（2）插入起偏器(P)，仪器电源打开，调制加载
Experiment of Magneto-optic Modulation
1
实验目的
➢ 了解磁光调制实验原理； ➢ 研究磁场与光场相互作用的物理过程； ➢ 测量磁光效应的旋光特性和调制特性。
2
实验原理
磁光效应:
当平面偏振光穿透某种介质时，若在沿平 行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生
7
I I 0 c2 o s I 2 0 1 c2 o s I 2 0 1 c2 o 0 si t n
公式中:
为起偏器和检偏器的夹角;
为调制深度控制的角度;
II201co2s0si nt
▪ 当=90°时，上式变为：
I I 2 0[ 1 c o s (20 s int)] I0 s in 2 (0 s int)
l 激励电源
4
磁光效应的应用
▪ 利用磁光效应在激光技术中可制成磁光调制器、 磁光开关、磁光隔离、磁光偏转器、磁光环行器、 磁光衰减器等功能性磁光器件 ，其中磁光调制 器最为典型。磁光调制器又分为直流磁光调制器 和交流磁光调制器。世界上任何透明物质都具有 法拉第效应，利用法拉第效应可以研究物质的能 谱结构知识。
于“关”，否则，长时间加电过热发烫甚至烧坏。
12
➢主控单元后面板 注意：“调制输出”输出的是交流信号 “励磁输出”输出的是直流流信号 两接口不要接反，否则会烧坏线圈
13
实验内容及测试方法
▪ 调出磁光调制倍频现象 ▪ 测出直流磁光调制θ∽I曲线
方法一：消光法：直接消光法测量。 方法二：交流倍频法 采用在交流磁光调制下出现的标准倍频现象 做为基准，通过示波器波形间接测量消光位 置。
旋转，实验表明其旋转角 正比于外加的磁场强度B，
这种现象称为法拉第(Fmday)效应，也称磁致旋光效 应，简称磁光效应。即：
lB
式中l为光波在介质中的路径， 为表征磁致旋光
效应特征的比例系数，称为维尔德(Vedet)常数。
3
磁光效应系统示意图
激光电源
起偏器P
励磁线圈
LASER
检偏器A 出射光
磁光介质
IDC单位：A
19
读数问题
▪ 顺时针转时：读数应为0°，1°， 2°，……
▪ 逆时针转时：读数应为90°，89°， 88°，……
注意：为了调出倍频现象，应该把调制幅度 和解调幅度先调到最大，调出倍频后再根 据需要减小。
17
4、直流磁光调制
（1）在交流磁光调制倍频状态下，将励磁电 磁铁(M)置于光具座上，粗调盘不得再转动，记
录精密测角器读数为 1 ；
（2）开启直流励磁开关，适当增加励磁强度，
使励磁线圈通以直流电流IDC ，此时原来的倍频
• 消光法：起、检偏器透光轴垂直时，消光；加直流磁光调 制，光偏转一角度，则消光现象消失；再转动检偏器出现 消光，此时，检偏器转过的角度就是磁光调制使光偏振面 旋转的角度。
• 交流倍频法测直流磁光调制：以交流磁光调制出现的标准 倍频现象做为基准，检偏器只有在直流调制消光位置时， 才出现倍频信号（此倍频信号可以通过示波器观察，灵敏 度高于光强），由此可用示波器上出现的倍频信号来精确 确定直流调制消光位置。通过调节检偏器，重复出现的标 准倍频现象来判断磁致旋转角变化角度。
▪ 当=0°时，上式变为： ：
I I 2 0[1 c பைடு நூலகம் s (20 s int)] I0c o s 2 (0 s int)
▪ 可以得到倍频分量，条件是： =0°或90°
9
磁光调制的基本参量
➢ 调制深度
Imax Imin
Imax Imin
▪ 式中Imax和Imin,分别为调制输出光强的最大