磁光效应实验

磁光效应

磁光效应的概念

在磁场的作用下，物质的电磁特性(如磁导率、磁化强度、磁畴结构等)会发生变化，使光波在其内部的传输特性(如偏振状态、光强、相位、传输方向等)也随之发生变化的现象称为磁光效应。磁光效应包括法拉第效应、克尔效应、塞曼效应、磁致双折射效应以及后来发现的磁圆振二向色性、磁线振二向色性、磁激发光散射、磁场光吸收、磁离子体效应和光磁效等，其中人们所熟悉的磁光效应是前四种。

（1）法拉第效应

法拉第效应示意图1

法拉第效应是指一束线偏振光沿外加磁场方向通过置于磁场中的介质时，透射光的偏振化方向相对于入射光的偏振化方向转过一定角度θF的现象，如图l 所示。通常，材料中的法拉第转角θF与样品长度L 和磁场强度H 有以下关系：

θF= HLV

其中，V 为Verdet 常数，是物质固有的比例系数，单位是min/(Oe •cm)。

（2）克尔效应

克尔效应示意图2

线偏振光入射到磁光介质表面反射出去时，反射光偏振面相对于入射光偏振面转过一定角度θk，此现象称之为克尔效应，如图2 所示。克尔效应分极向、纵向和横向三种，分别对应物质的磁化强度与反射面垂直、与反射面和入射面平行、与反射面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔效应的磁致旋光都正比于磁化强度，一般极向的效应最强，纵向次之，横向则无明显的磁致旋光。克尔效应最重要的应用是观察铁磁体的磁畴。（3）塞曼效应

磁场作用下，发光体的光谱线发生分裂的现象称之为塞曼效应。其中谱线分裂为2 条（顺磁场方向观察）或3 条（垂直于磁

场方向观察）的为正常塞曼效应；3 条以上的为反常塞曼效应。塞曼效应是由于外磁场对电子的轨道磁矩和自旋磁矩的作用使能级分裂而产生的，分裂的条数随能级的类别而不同。

（4）磁致线双折射效应

当光以不同于磁场方向通过置于磁场中的介质时，会出现像单轴晶体那样的双折射现象，称为磁致线双折射效应。磁致线双折射效应包括科顿-穆顿效应和瓦格特效应。通常把铁磁和亚铁磁介质中的磁致线双折射称为科顿-穆顿效应，反铁磁介质中的磁致线双折射称为瓦格特效应。

法拉第磁光效应实验

一、实验目的

1、了解法拉第磁光效应基本原理。

2、熟悉法拉第磁光效应实验器材，掌握实验方法及步骤，并获得明显的实验想象。

二、实验器材

磁光调制实验仪（光电倍增管、高压直流电源、检流计）

实验器材示意图3

三、实验原理

当平面偏振光穿透某种介质时，若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H，这种现象称为法拉第效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即

θ= HLV

式中，L为光波介质中的路径；V为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为韦尔代常数。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科制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏转等功能型磁光器件，其中磁光调制为最典型的一种。

四、实验内容

1、实验前准备

（1）在光具座的滑座上放置好激光器和光电接收器，将激光器、铽玻璃介质磁光调制器以及检偏器一体的光电接收器的组件连接到位。检偏器的两刻度盘均预置在0位。

（2）光路准直：打开激光器，调节旋钮，是光束达到足够光强。调节激光器位置，使得光束与光具座导轨平行并落在接收部件中心点上，并固定。

（3）调节激光强度到适当程度，并做以上步骤。

（4）插入镜片，务使激光束正投射过。为使激光能正透射过磁光介质，必需反复对激光、磁光调制介质与光电接收孔三者加以准直调制。（为获得较好实验效果，光量宜调节在光强指示为0.1至6.5的范围之内。）

2.实验内容

（1）观察磁光调制现象。

（2）测量调制深度与调制角幅度。

五、注意事项

(防止强光激光束长时间照射导致光敏管疲劳或损坏，调节或使用好后请随即盖好光电接收孔。)调节过程中注意避免激光直射入眼睛，以免对眼睛造成危害。

六、思考

1、简述磁光效应原理。

2、磁光效应实现过程是怎样的？

3、磁光效应在实际生活中有哪些实验应用？试举一例。