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 π

θλ

= y=Acos(wt+θ) 初相位的改变 2R R n L π

θλ

=

因θθθθ+=-R L

1()()()2

2L R L R R L L

n n L n n c

πωθθθλ

=

-=

-=

- （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。

（5）加入交流调制用磁光晶体，调节晶体使晶体激光束垂直穿过晶体的中心，观察示波器显示的解调信号。微调示波器，使示波器显示解调信号为调制信号的倍频。

（6）放入直流调制用磁光晶体，调节晶体使激光束垂直穿过晶体的中心，设置“直流激励”开，并改变“激励强度”，观察接受光强及示波器显示调制信号的变化。

2，实验步骤

（1）在直流激励下，测定旋光角与外加磁场的关系曲线。

（2）在交流调制下，转动检偏器观察输出光度最小和最大时产生的倍频信号，并分析其产生的原因。

（3）用磁光调制实现光通讯演示。外调输入来至电脑音频信号，解调输出接扬声器，当电脑播放歌曲时扬声器放出音乐。

（4）通过改变直流励磁、插入1/4波片或旋转检偏器以改变工作点，比较扬声器放出音乐的质量。

（5）试讨论分析解调深度和调制角幅度的测定方法。

二、磁光调制实验仪介绍

（一）光路系统

（二）电路系统

图6为电路主控单元的仪器前面板图，

图7为电路主控单元的后面版面（三）系统连接

1光源

2磁光调制

3光电接收

4信号输入

5扬声器

6交流单元

思考题

1.什么是磁--光调制演示仪？有什么作用？

答：本仪器用于演示对于给定样品介质光振动面的旋转角与样品介质的长度及磁感应强度成正比的规律；还可演示磁致旋光与自然光的区别。

2.什么是旋光现象（磁致旋光）？

3.什么是法拉第效应？

答：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。

4.法拉第效应及磁光效应的应用

答：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，这样使光沿规定的方向通过同时阻挡反方向传播的光，从而减少光纤中器件表面反射光对光源的干扰

在磁场测量方面，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。