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法拉第效应实验报告
法拉第效应一．实验目的1．初步了解法拉第效应的经典理论。
2．初步掌握进行磁光测量的方法。
二．实验原理1．法拉第效应实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度F θ与光波在介质中走过的路程l 及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量H B 成正比，这个规律又叫法拉第一费尔得定律，即F H VB l θ=()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，这个系数称为费尔得常数，它与光频和温度有关。
几乎所有的物质都有法拉第效应，但一般都很不显著。
不同物质的振动面旋转的方向可能不同。
一般规定：旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向一致的，叫正旋（0V >）反之叫负旋（0V <）。
法拉第效应与自然旋光不同，在法拉第效应中，对于给定的物质，偏振面相对于实验室坐标的旋转方向，只由B 的方向决定和光的传播方向无关，这个光学过程是不可逆的。
光线往返一周，旋光角将倍增。
而自然旋光则是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。
与自然旋光类似，法拉第效应也有色散。
含有三价稀土离子的玻璃，费尔德常数可近似表示为：()122t V K λλ-=-()2这里K 是透射光波长t λ，有效的电偶极矩阵元，温度和浓度等物理量的函数，但是与入射波长λ无关。
这种V 值随波长而变的现象称为旋光色散。
2．法拉第效应的经典理论从光波在介质中传播的图像看，法拉第效应可以这样理解:一束平行于磁场方向传播的平面偏振光，可以看作是两柬等幅的左旋和右旋偏振光的叠加，左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。
介质中受原子核束缚的电子在人射光的两旋转电矢量作用下，作稳态的圆周运动。
在与电子轨道平面相垂直的方向上加一个磁场B ，则在电子上将引起径向力M F ，力的方向决定于光的旋转方向和磁场方向。
因此，电子所受的总径向力可以有两个不同的值。
轨道半径也可以有两个不同的值。
结果，对于一个给定的磁场就会有两个电偶极矩，两个电极化率。
法拉第效应实验报告
法拉第效应实验报告法拉第效应一．实验目的1．初步了解法拉第效应的经典理论。
2．初步掌握进行磁光测量的方法。
二．实验原理1．法拉第效应实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度Fθ与光波在介质中走过的路程l 及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量HB 成正比，这个规律又叫法拉第一费尔得定律，即FHVB l θ=()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，这个系数称为费尔得常数，它与光频和温度有关。
几乎所有的物质都有法拉第效应，但一般都很不显著。
不同物质的振动面旋转的方向可能不同。
一般规定：旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向一致的，叫正旋（0V >）反之叫负旋（0V <）。
法拉第效应与自然旋光不同，在法拉第效应中，对于给定的物质，偏振面相对于实验室坐标的旋转方向，只由B 的方向决定和光的传播方向无关，这个光学过程是不可逆的。
光线往返一周，旋光角将倍增。
而自然旋光则是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。
与自然旋光类似，法拉第效应也有色散。
含有三价稀土离子的玻璃，费尔德常数可近似表示为：()122tV K λλ-=-()2这里K 是透射光波长tλ，有效的电偶极矩阵元，温度和浓度等物理量的函数，但是与入射波长λ无关。
这种V 值随波长而变的现象称为旋光色散。
2．法拉第效应的经典理论从光波在介质中传播的图像看，法拉第效应可以这样理解:一束平行于磁场方向传播的平面偏振光，可以看作是两柬等幅的左旋和右旋偏振光的叠加，左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。
介质中受原子核束缚的电子在人射光的两旋转电矢量作用下，作稳态的圆周运动。
在与电子轨道平面相垂直的方向上加一个磁场B ，则在电子上将引起径向力MF ，力的方向决定于光的旋转方向和磁场方向。
因此，电子所受的总径向力可以有两个不同的值。
轨道半径也可以有两个不同的值。
结果，对于一个给定的磁场就会有两个电偶极矩，两个电极化率。
法拉第旋光效应实验报告
法拉第旋光效应实验报告法拉第旋光效应实验报告一．实验目的：1.了解和掌握法拉第效应的原理；2.了解和掌握法拉第效应的实验装置结构及实验原理；3.测量法拉第效应偏振面旋转角与外加磁场电流I的关系曲线。
二．实验仪器：LED 发光二极管（或白光光源和滤波片），偏振片，透镜，直流励磁电源，导轨，偏振片，集成霍尔元件，稳压电源等。
三．实验原理和操作步骤：天然旋光现象。
当线偏振光通过某些透明物质(如石英、糖溶液、酒石酸溶液等)后．其振动面将以光的传播方向为轴旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。
1811 年阿拉果首先发现石英有旋光现象，以后毕奥（J. B. Biot）和其他人又发现许多有机液体和有机物溶液也具有旋光现象。
凡能使线偏振光振动面发生旋转的物质称为旋光物质，或称该物质具有旋光性。
图 3.1 石英的旋光现象如图 3.1 所示，1P 和2P 分别为起偏器和检偏器（正交）。
显然，在没有旋光物质时，2P 后面的视场是暗的。
当在1P 和2P 之间加入旋光物质后2P 后的视场将变亮，将2P 旋转某一角度后，视场又将变暗。
这说明线偏振光透过旋光物质后仍然是线偏振光，只是其振动面旋转了一个角度。
振动面旋转的角度称为旋光度，用ϕ表示。
线偏振光通过旋光晶体时，旋光度ϕ和晶体厚度 d 成正比，即d α ϕ = （）式中，α是比例系数，与旋光晶体的性质、温度以及光的频率有关，称为该晶体的旋光率。
不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面向不同的方向旋转．人们对旋光方向作下述约定：迎着光传播方向观察，若出射光振动面相对于入射光扳动面沿顺时针方向旋转为右旋；沿逆时针方向旋转称为左旋．在图 3.1 中，若在1P 前加一个白色光源，由于不同波长的光旋转角度不同，因此到达2P 时有一部分光能透过去，有些光透不过去，有些能部分透过去，所以2P 后的视场是彩色的，旋转2P 其法拉第旋光效应25色彩会发生变化，这种现象叫做旋光色散。
2. 旋光现象的菲涅耳解释。
旋光效应实验报告
旋光效应实验报告实验目的，通过实验观察和探究旋光效应，了解旋光现象的产生原理和特性。
实验仪器和材料，旋光仪、石英片、线偏振片、浓度为1.0g/100mL的蔗糖水溶液、白色荧光灯。
实验原理，旋光效应是光学中的一种特殊现象，当偏振光通过某些物质时，会发生偏振方向的旋转，这种现象称为旋光效应。
旋光效应是由手性分子（具有手性的分子）所引起的，其本质是光的线偏振方向随着光在手性分子中传播而发生旋转。
实验步骤：1. 将旋光仪放置在实验台上，调整好仪器位置和高度。
2. 将白色荧光灯放在旋光仪前方，使其光线直射旋光仪的入射口。
3. 在旋光仪的出射口处放置一个线偏振片，使其方向与旋光仪出射光线的偏振方向垂直。
4. 在线偏振片的另一侧放置一块石英片，然后将浓度为1.0g/100mL的蔗糖水溶液滴在石英片上。
5. 调节旋光仪的旋转角度，观察通过线偏振片和石英片后的光线变化。
实验结果：通过实验观察可以发现，当蔗糖水溶液滴在石英片上后，通过旋光仪的光线会发生偏振方向的旋转。
随着旋光仪旋转角度的改变，观察到通过线偏振片后的光线强度也会发生变化，最终呈现出周期性的变化规律。
这就是旋光效应的典型表现。
实验分析：旋光效应是由手性分子引起的，而蔗糖分子就是一种手性分子。
当线偏振光通过含有手性分子的物质时，由于手性分子的空间结构不对称性，导致光线的线偏振方向发生旋转，从而产生旋光效应。
而旋光的角度大小与物质的性质、浓度、光的波长等因素有关。
实验结论：通过本次实验，我们深入了解了旋光效应的产生原理和特性。
旋光效应是光学中的重要现象，对于研究手性分子和光学材料具有重要意义。
通过实验观察和分析，我们对旋光效应有了更深入的理解，这对于我们的学习和科研工作具有重要意义。
实验注意事项：1. 在实验过程中要小心操作，避免发生意外。
2. 实验结束后要及时清理实验台和仪器，保持实验环境整洁。
3. 实验数据要认真记录，以便后续分析和总结。
通过本次实验，我们对旋光效应有了更加深入的了解，这对于我们的学习和科研工作具有重要意义。
法拉第效应实验报版
的折射率和传播速度，通过距离为 l 的介质后，两种偏振光产生的相位移相同，因此透过 介质后平面偏振光的振动面不发生偏转； 当有外加磁场存在时， 由于磁场使得物质的光学性 质发生改变， 左旋和右旋圆偏振光在介质中具有不同的折射率和传播速度， 使得相位移等发 生变化。 经典电动力学中的介质极化和色散的振子模型中加磁场后电子的运动方程可以写成 m
图 3 法拉第旋光角测量装置图 实验步骤： 实验步骤：
1. 自搭电路，用集成霍尔元件测磁场。
2. 测量励磁电流 I 与磁场 B 之间的对应关系。 3. 放置好实验器材，光源，起偏器，样品，检偏器平行共轴。
4. 不加磁场，起偏器偏振方向垂直，调整检偏器使光屏上光强最小。此时两偏振片平 行。 5. 在不同波长、 不同电流强度下旋转检偏器寻找光强最小时旋转件， 记录电流和角度。 6. 计算维尔德常数，讨论它和波长的关系。 7. 交换光源和光屏位置，用同样方法观察偏转角度（起偏器检偏器功能互换） ，验证旋 光非互易性 四、 实验数据处理与实验结果：
F Vd ( ) Bl （1）
上式中，比例系数 Vd 称为费尔德常数，它由材料本身的性质和工作波长决定，表征物质的 磁光特性。 法拉第效应与自然旋光不同。 在法拉第效应中对于给定的物质， 偏振面的旋转方向只由 磁场的方向决定而和光的传播方向无关。法拉第效应是不可逆的光学过程，光线往返一种， 旋光角将倍增，这称为法拉第效应的“旋光非互易性” 。而自然旋光过程是可逆的，旋光方 向和光的传播方向有关。 1、法拉第效应原理 一束平行于磁场方向传播的平面偏振光 E （ E 表示电场强度矢量） ，可以看作两束等幅 的左旋������������ 和右旋������������ 圆偏振光的叠加。在没有外加磁场时，介质对这两种圆偏振光具有相同
法拉第效应实验报告
法拉第效应0810290 赵志强————实验报告一、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=VBL3．法拉第效应与自然旋光的区别4．了解磁光调制原理二、实验原理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，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，也称磁致旋光效应或磁光效应。
法拉第效应的定量描述是法拉第—费尔德定律θ=VBl （1）式中θ为旋光角，B为磁场磁感强度，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（Verdet）常数。
三、实验装置1、光源系统：白炽灯光源，单色仪，聚光灯筒，起偏镜；2、磁场系统：电磁铁，激磁电源，高斯计；3、样品介质系统：样品介质，样品盒；4、旋光角监测系统：检偏测角仪，光电倍增管，直流复射式检流计，高压电源；四、实验内容测量法拉第旋光角，并记录数据五、数据记录六、数据处理1、λ~ϕ关系曲线B=2000Gauss765432B=4000Gauss2、不同波长下，磁场与偏转角的关系λ=4600nm λ=5000nmλ=5400nmλ=5800nm七、注意事项1.当励磁电流较高时（2A以上），螺线管会发热，属正常现象。
但如果工作时间较长，应断电冷却后再继续工作。
2.螺线管两端有挡片，玻璃样品只能从螺线管有活动挡片的一端放入/取出。
实验中注意不要打碎样品。
3.实验结束时要将磁场电流减小到0，关掉仪器电源，整理好仪器，填写好仪器记录。
法拉第效应实验报告
法拉第效应实验报告法拉第效应【摘要】实验利⽤励磁电流产⽣磁场，⾸先测量磁场和励磁电流之间的关系，利⽤磁场和励磁电流之间的线性关系，⽤电流表征磁场的⼤⼩，⽤消光的⽅法测定ZF6样品的旋光⾓和磁场的关系，⽤倍频法测量MR3样品的旋光⾓和磁场的关系。
最后让偏振光分别两次通过MR3样品和糖⽔，区分⾃然旋光和法拉第旋光，验证法拉第旋光的⾮互易性。
关键词：法拉第旋光、旋光⾓、倍频法、消光法。
引⾔法拉第效应1845年由法拉第发现。
法拉第效应可⽤于混合碳⽔化合物成分分析和分⼦结构研究。
近年来在激光技术中这⼀效应被利⽤来制作光隔离器和红外调制器。
由于法拉第效应的其他性质，他还有其他更多的应⽤。
法拉第效应可⽤来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各⾃的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可⽤来隔离反射光，也可作为调制光波的⼿段。
法拉第旋光在强磁场下具有⾮互易性，这种⾮互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。
许多微波、光的隔离器、环⾏器、开关就是⽤旋转⾓⼤的磁性材料制作的。
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＝VBL （1）其中θ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。
⼀般约定，当光的旋转⽅向与产⽣磁场的电流的⽅向⼀致时，称法拉第旋转是左旋，v>0;反之则叫右旋,v<0。
法拉第效应与⾃然旋光不⼀样，不具备⼀般的光学过程可逆，对于给定的物质，旋转的⽅向只由磁场的⽅向决定，和光的传播⽅向⽆关，这叫做法拉第效应的“旋光⾮互易性”。
1.法拉第效应的原理⼀束平⾏于磁场⽅向传播的平⾯偏振光（表⽰电场强度⽮量），可以看着是两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加，不加外磁场时，他们通过距离为的介质后，由于介质对他们具有相同的折射率和传播速度，所以他们产⽣的相位移相同，不发⽣偏转；当有外磁场时，由于磁场使物质的光学性质改变，这两束光具有不同的折射率和传播速度，产⽣不同的相位移：（2）（3）其中和分别为左旋和右旋圆偏振光的相位；和分别为左旋和右旋圆偏振光在介质中的折射率；为真空中的波长。
法拉第效应测量实验报告
一、实验目的1. 了解和掌握法拉第效应的原理及其在光学和电磁学中的应用。
2. 熟悉法拉第效应实验装置的结构和操作方法。
3. 测量法拉第效应产生的偏振面旋转角度，验证法拉第效应的基本规律。
4. 计算法拉第效应的费尔德常数，了解其与样品材料、磁场强度和光波波长之间的关系。
二、实验原理法拉第效应是指当一束平面偏振光通过含有重金属或稀土离子的光学介质时，在介质中沿光的传播方向加上一个强磁场，偏振面会发生旋转的现象。
这种现象与磁场强度、光波波长和样品材料有关。
法拉第效应的基本原理如下：1. 当光波通过介质时，光波的电场会使介质中的电子发生受迫振动，产生感应电流。
2. 感应电流产生的磁场与外加磁场相互作用，使得光波在介质中的传播速度发生变化。
3. 由于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的传播速度不同，从而导致偏振面发生旋转。
法拉第效应的旋转角度θ与磁场强度B、光波波长λ、介质厚度d和费尔德常数V的关系为：θ = V B d λ三、实验装置1. 光源系统：包括白炽灯、透镜组、单色仪和斩光器。
2. 磁场系统：包括电磁铁、供电电源和特斯拉计。
3. 样品介质：选择含重金属或稀土离子的光学玻璃，制成圆柱状。
4. 旋光角检测系统：包括检偏测角仪、前置放大器、锁相放大器和光电倍增管。
四、实验步骤1. 连接实验装置，确保各部分连接正确。
2. 打开电源，调整光电倍增管电压至650V，观察输出指示，确保不过载。
3. 记录消光角，即法拉第转角的零点。
4. 逐渐增大磁场强度，分别在0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000Oe时测量检偏角。
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法拉第旋光效应实验报告
一．实验目的：
1.了解和掌握法拉第效应的原理；
2.了解和掌握法拉第效应的实验装置结构及实验原理；
3.测量法拉第效应偏振面旋转角与外加磁场电流I的关系曲线。
二．实验仪器：
LED 发光二极管（或白光光源和滤波片），偏振片，透镜，直流励磁电源，导轨，偏振片，集成霍尔元件，稳压电源等。
三．实验原理和操作步骤：
天然旋光现象。
当线偏振光通过某些透明物质(如石英、糖溶液、酒石酸溶液等)后．其振动面将以光的传播方
向为轴旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。
1811 年阿拉果首先发现石英有旋光现象，以后
毕奥（J. B. Biot）和其他人又发现许多有机液体和有机物溶液也具有旋光现象。
凡能使线偏振光
振动面发生旋转的物质称为旋光物质，或称该物质具有旋光性。
图3.1 石英的旋光现象
如图3.1 所示，1P 和2P 分别为起偏器和检偏器（正交）。
显然，在没有旋光物质时，2P 后面的视场是暗的。
当在1P 和2P 之间加入旋光物质后2P 后的视场将变亮，将2P 旋转某一角度后，视场又将变暗。
这说明线偏振光透过旋光物质后仍然是线偏振光，只是其振动面旋转了一个角度。
振动面旋转的角度称为旋光度，用ϕ表示。
线偏振光通过旋光晶体时，旋光度ϕ和晶体厚度 d 成正比，即
d α ϕ = （3.1）式中，α是比例系数，与旋光晶体的性质、温度以及光的频率有关，称为该晶体的旋光率。
不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面向不同的方向旋转．人们对旋光方
向作下述约定：
迎着光传播方向观察，若出射光振动面相对于入射光扳动面沿顺时针方向旋转为右旋；沿逆时针方向旋转称为左旋．在图 3.1 中，若在1P 前加一个白色光源，由于不同波长的光旋转角度不同，因此到达2P 时有一部分光能透过去，有些光透不过去，有些能部分透过去，所以2P 后的视场是彩色的，旋转2P 其法拉第旋光效应25色彩会发生变化，这种现象叫做旋光色散。
2. 旋光现象的菲涅耳解释。
菲涅耳提出了一种唯象理论来解释物质的旋光性质。
线偏振光可以分解为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
左旋圆偏振光和右旋圆偏振光以相同的角速度沿相反方向旋转，它们合成为在一直线上振动的线偏振光。
在旋光物质中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光传播的相速度不相同。
假定右旋圆偏振光在某旋光物质中传播速度比左旋圆偏振光的速度快，在旋光物质出射面处观察，于右旋圆偏振光速度快，因此右旋圆偏振光振幅旋转过的角度较大，在出射面处，两圆偏光合成的线偏振光PE 的振动方向比起原来(进入旋光物质前)的振动方向0 PE 来，顺时针方向转过角度θ，这就是右旋。
当材料中左旋圆偏振光的相速度较大时．就是左旋光材料。
3. 磁致旋光。
前面介绍的是物质的天然旋光性，实际上，有些物质本身不具有旋光性，但在磁场作用下就有旋光性了，就是前面介绍的法拉第旋光效应，也叫磁致旋光效应。
磁致旋光中振动面的旋转角ϕ和样品长度L 及磁感应强度B 成正比，即有VLB = ϕ（3.2）式中V 是—个与物质的性质、光的频率有关的常数，称为维尔德(Verdet)常数。
某些物质的维尔德磁致旋光也有左右之分．我们规定：当光的传播方向和磁场方向平行时迎着光的方向观察，光的振动面向左旋转(逆时针)，则维尔德常数为正。
旋光现象的唯象解释
近代物理实验讲义
4. 磁致旋光的经典唯象解释。
可以用唯象模型来说明磁致旋光效应。
电子在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的电场作用下作左旋和右旋圆周运动，电子运动平面与磁场垂直。
电子在磁场中受到洛仑兹力，其方向向着电子轨道中心或背着轨道中心，视速度的方向而定注意：电子本身带负电荷。
在洛仑兹力向着轨道中心的情况中，电子受到的向心力增加，电子旋转速率增大。
在洛仑兹力背向轨道中心的情况中，电子旋转变慢。
电子旋转快慢的变化影响了圆偏振光电场矢量旋转角速度。
当光从磁光媒质出射时重新合成线偏振光。
由于在媒质中左旋和右旋的速率不同，合成偏振光的振动面转过了一个角度。
从图上可以看出，电子旋转速率变化只决定于磁场方向与电子旋转方向，而与光的传播方向无关。
值得注意的是，天然旋光的旋转方向与光的传播方向有关，而磁致旋光的旋转方向与光的传播方向无关，而决定于外加磁场的方向。
如图 3.5 所示，若将出射光再反射回晶体，则通过天然旋光晶体的线偏光沿原路返回后振动面将回复原位，而通过磁致旋光晶体的线偏光将继续旋光，其振动面与原振动面夹角更大。
磁致旋转现象是由于外磁场存在时物质的原子或分子中的电子进动而引起的。
这种进动的结果，使物体对顺时针与逆时针的圆偏振光产生不同的折射率。
因此方向不同的圆偏振光的传播速度不同，引起了振动面的旋转。
四．
五．实验数据处理与讨论：1.B-I表格
B-I曲线图：
经线性拟合得：B=0.04I。
2. -B表格
ϕ-B曲线图
经线性拟合可得：蓝光：ϕ=1.75B；绿光：ϕ=4.36B；红光：ϕ=5.67B。
且光的波长越小，曲线越倾斜。
3.维尔德常数
由公式可得：V=ϕ/LB。
又L=3cm，
则蓝光：V=0.583（rad/m T）
绿光：V=1.453（rad/m T）
红光：V=1.890（rad/m T）
可知：波长越小，维尔德常数越小；波长越大，维尔德常数越大。
4.由测量得的维尔德常数计算出的电子的荷质比分别为：蓝光：0.80911
10/
⨯，红光：
10/
C kg
C kg
⨯，绿光：2.14511
5.08411
⨯。
C kg
10/。