基础物理实验研究性报告
实验编号：S10 基础物理实验研究性报告
法拉第磁光效应实验
院（系）名称 材料科学与工程 学生姓名
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基础物理实验研究性报告
目录
摘要 .................................................................................................................................................. 2 关键词 .............................................................................................................................................. 2 第一部分：实验过程及结果 ........................................................................................................... 2 一：实验重点 ................................................................................................................................... 2 二：实验原理 ................................................................................................................................... 2
1．法拉第效应 ......................................................................................................................... 3 2．法拉第效应的唯象解释 ..................................................................................................... 3 3．磁光调制原理 ..................................................................................................................... 7 4．磁光调制器的光强调制深度 ........................................................... 错误！未定义书签。 三：仪器介绍 ................................................................................................................................... 9 四：实验内容 ................................................................................................................................. 11
1．电磁铁磁头中心磁场的测量（图5.16.7） ........................................................... 11 2．正交消光法测量法拉第效应实验（图5.16.8） ................................................... 12 3．磁光调制实验（图5.16.9） ................................................................................... 14
五：注意事项 ................................................................................................................................. 15 六：数据及其处理 ......................................................................................................................... 15
1．电磁铁磁头中心磁场的测量 ........................................................................................... 15 2．正交消光法测量法拉第效应实验 ................................................................................... 16 3．磁光调制实验 ................................................................................................................... 17 第二部分：实验后讨论分析 ......................................................................................................... 19 一：实验中误差来源与分析 ......................................................................................................... 19 二：我讨论的内容 ......................................................................................................................... 19
第二种方法测量法拉第效应实验 ......................................................................................... 20 三：磁光效应的应用 ..................................................................................................................... 23
1 磁光调制器 ......................................................................................................................... 23 2 磁光隔离器 ......................................................................................................................... 24 3 磁光传感器 ......................................................................................................................... 24 4 磁光记录 ............................................................................................................................. 24 5 磁光环行器 ......................................................................................................................... 25 四：实验后收获与感想 ................................................................................................................. 25
主要参考文献：..................................................................................................................... 25
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摘要
本文对磁光效应实验的原理、步骤、仪器进行了简要的介绍，并对实验数据进行处理以及误差分析。另外根据我们研究的内容，（1）本报告以“费尔德常数V的测量”实验为研究对象，除使用了“正交消光法”
外还研究了“调制倍频法”，同时对比讨论了两种方法的优缺点，并得出了一些结论。研究后还进一步改进了“调制倍频法”，使实验结果更准确。（2）本报告中举例说明磁光效应在我们生活中的应用。此外，我们深入理解实验，最后说明了实验的收获与感想。
M.Faraday (1791-1876) 关键词
法拉第效应、电磁感应强度、费尔德常数 调制倍频法
第一部分：实验过程及结果
一：实验重点
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旋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，理解倍频法精确测定消光位置。 ④ 磁光调制倍频法研究法拉第效应，精确测量不同样品的费尔德常数。
二：实验原理
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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：
? =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?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），?与B不是简单的线性关系。
图5.16.1 法拉第磁致旋光效应
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。
2．法拉第效应的唯象解释
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。
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图5.16.2 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 / nR 和左旋圆偏振光的传播速度c / nL不等，于是通过厚度为d的介质后，便产生不同的相位滞后：
?R?2??nRd ， ?L?2??nLd （5.16.2）
式中? 为真空中的波长。这里应注意，圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移；相位滞后即角位移倒转。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5.16.2(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5.16.2(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。从图上容易看出，由介质射出后，两个圆偏振光的合成电矢量E的振动面相对于原来的振动面转过角度?，其大小可以由图5.16.2(b)直接看出，因为
?R????L?? （5.16.3）
所以
??(?R??L) （5.16.4）
12由（6.16.2）式得
???(n?n)d??F?d （5.16.5） ?RL当nR > nL时，??>0，表示右旋；当nR < nL时，??>0，表示左旋。假如nR和nL的差值正比于磁感应强度B，由（5.16.5）式便可以得到法拉第效应公式（5.16.1）。式中的?F??(nR?nL)为单位长度上的旋转角，称为比法拉第旋转。因为在铁磁?或者亚铁磁等强磁介质中，法拉第旋转角与外加磁场不是简单的正比关系，并且
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