81 法拉第磁光效应

§8.1 法拉第磁光效应

法拉第磁光效应是一种通过外加电磁场方式产生旋光现象的实验现象，充分反应了光与物质之间的相互作用。磁光效应在许多领域都有着广泛应用，如强磁场测量、磁光材料等。

【实验目的】

了解法拉第磁光效应的基本规律；

学习掌握使用光传感器及虚拟仪器软件测量Verdet 常数的方法。

【实验原理】

观察法拉第效应的装置如下图所示，由起偏器P1产生线偏振光，光线穿过带孔的电磁铁，沿着（或逆着）磁场方向透过样品，当励磁线圈中没有电流（无磁场）时，使检偏器P2的偏振方向与P1正交，这时发生消光现象。这表明，振动面在样品中没有旋转，通过励磁电流产生强磁场后，则发现必须将P2的振动方向转过角ϕ，才出现消光，这表明，振动面在样品中转过了ϕ，这就是磁致旋光或法拉第效应。对于给定的物质，振动面的旋转与样品的长度l 、磁感应强度B 成正比。

V l B ⋅⋅=Δϕ

其中比例系数V 叫做Verdet 常数。

由原子物理的有关知识，可得：

2e dn V mc d l l

= 其中：e,m 为电子电荷和质量，c 为光速，n 为光在透明介质中的折射率，它是波长λ的函数n(λ)，这个定义适合广泛的光谱范围。

对于重火石玻璃

14

231.810

()dn m d l l

-¥= 因此V 正比于1/λ2: 14

2

1.8102e V mc l -¥=-◊ (3)

荷质比e/m 可以根据纯光学测量和已知光速计算得到。在一些物质中用这种方法得到的e/m 值和理论值符合得很好，说明在这些物质中，法拉第效应是由于电子得本征振动引起的。在这个实验中，磁场的强度不足以使方程（1）和（2）发生数量级的变化。所以我们只做以下的工作。

Δ和磁场B的关系。

a）验证ϕ

b)证明Verdet常数随波长增加而减少。

将细绳交叉着系在检偏片上，并将它们装在量角器上，这样就能精确的确定光转过的角度。

所有偏振片的设置多可以通过这种方法读出。

【实验仪器】

100W 汞灯偏振片线圈高斯计单色滤光片光传感器虚拟仪器

【实验内容】

1 实验装置调整

如下图，将绳系在检偏器上，参照检偏器的量角器使绳处于正确的位置和角度，最好用丝绳。将变压器放在基坐上，使基坐的点相对。

安装汞灯：用100w的灯泡和反射器，在照片滑板上装上热绝缘的过滤片。

光路调节（图2）：首先将装置安装成没有偏振片（2）透镜（4）的方式。打开汞灯，通过聚光器在墙上形成灯丝的像，调节光源和磁极使光线尽可能的通过磁极的孔，将重火石玻璃放在光路中，用两个磁极夹住它，但手不要碰到它透光面，然后将磁极固定住。在光轴上放上透镜（4）。调节带有细绳的检偏器（5）和透镜（4）的距离，使得检偏——滤光片能被照亮。插入起偏片（2）。

2 校正B＝f（I）；I为线圈电流

拿开重火石玻璃，用高斯计测量测量两磁极间的场强B，光传感器及虚拟仪器软件测线圈中的电流I，作B－I图。

3 磁场B和偏振盘的旋角ϕΔ的关系。（方程（1））。

在照片滑板上插上滤光片（λ=450nm; (46811)）,将重火石玻璃放回到两个磁极间。通过励磁电流选择适当的磁场。使检偏器（5）处于0o 。旋转起偏器（2），通过透镜（6）观察光线的强度，找到使光线最弱的位置。

不改变励磁电流大小，让它反相，转动检偏器（5）找到使光线最若的位置。去掉磁场，转动检偏器（5），读出使光线最强的位置。改变励磁电流重复测量。如图3

当磁场方向反相时我们总是测量两倍的旋角2ϕΔ：滤光片设置成强度最小的方式，因为比强度最大方式更为准确。

4 Verdet常数和波长的关系。

将某一波长的滤光片放在照片滑板上，将（5）的角度设置成零，滤光片在光路中，磁场B 设成最大值。按b）的步骤测量旋角。更换滤光片重复测量。

可用的滤光片有：46805（λ=570nm），46809（λ=515nm），46813（λ=440nm）。

重火石玻璃长度l＝20mm