法拉第磁旋光效应实验报告
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。
法拉第磁旋光效应
VBd=θ专业物理实验法拉第磁旋光效应一、 实验目的.1. 通过对重火石玻璃磁光效应的测量，加深磁场对光学介质物性常数影响的理解；2. 了解光波隔离器的工作原理。
二、 实验原理.1845年，法拉第发现，当一束平面偏振光沿着磁场方向通过受磁场作用的物质，如玻璃、二硫化碳、汽油等时，透射光的偏振面会转过一个角度。
这种磁致旋光现象称为法拉第效应。
它和发生于糖溶液中的自然旋光效应是不同的。
在法拉第效应中，对于给定的物质，偏振面的旋转方向相对于实验室坐标只由磁场B 的方向决定，和光的传播方向无关，是不可逆的光学过程。
光线往返一周，累积旋光角倍增。
而自然旋光效应是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。
利用法拉第效应的这一特性，可制造一种不可逆的光学仪器：光波隔离器或单通器。
此外，法拉第效应还可用于物质结构和半导体物理方面的研究。
当磁场不是非常强时，法拉第效应中偏振面转过的角度θ，与沿介质厚度方向所加磁场的磁感应强度B 及介质厚度d 成正比，即（1）式中比例常数V 叫做费尔德常数。
几乎所有的物质都存在法拉第效应。
不同的物质偏振面旋转的方向可能不同。
设想磁场B 是由绕在样品上的螺旋线圈产生的。
习惯上规定：振动面的旋转方向和螺旋线圈中电流方向一致，称为正旋（V >0）；反之，叫做负旋（V < 0）；V 由物质和工作波长决定，它表征物质的磁光特性。
根据自然旋光的菲涅耳唯象描述，对于法拉第效应可作这样的经典解释：一束平行于磁场方向传播的平面偏振光可看作两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加，进入介质后由于磁场的作用使得它们以稍微不同的速度⎪⎭⎫ ⎝⎛l r n c n c ,向前传播，从介质出射后，合成线图1 线偏振光沿磁场方向传播偏振光，偏振面相对于入射光转过了一定的角度。
下面来进行旋转角度的计算：设有一束偏振光沿介质磁场方向穿过介质，如图1所示。
入射线偏振光的场强为n 为空气中的折射率。
在进入介质的地方（z = 0） 进入介质后分成右旋、左旋圆偏振光。
法拉第效应实验报告终结版
法拉第效应实验报告学号： 姓名：实验日期：2013年9月16日 指导教师：廖红波【摘要】 本实验中，我们通过磁场与电感线圈电流的对应关系来确定磁场。
通过使用消光法和磁光调制法测定了MR3和ZF7的法拉第磁致旋光效应，并测定了样品的旋光角，计算给定条件下的费尔德常数，得到MR3-2的费尔德常数为−105.9000rad T ∗m ⁄，ZF7的费尔德常数为19.0750rad T ∗m ⁄。
最后设计实验验证了法拉第效应的旋光非互易性，并依此区分自然旋光和法拉第旋光。
关键词：法拉第效应、磁光调制法、消光法、费尔德常数、旋光非互易性一、引言19世纪中至20世纪初是科学发现的黄金时期，若干种对于了解固体物理特性并揭示其内部电子态结构有着重要意义的磁光效应现象相继被发现。
1845年，英国物理学家法拉第（Faraday ）发现了法拉第效应。
法拉第效应的非旋光互易性使得它在激光技术、光纤通信技术中获得重要应用。
此次实验就是利用晶体的磁光学原理，通过消光法和磁光调制法测定MR3和ZF7晶体的θ−B 关系曲线并得出MR3和ZF7晶体的费尔德常数，区分了石英晶体自然旋光与MR3玻璃磁致旋光的“旋光非互易性”。
二、 实验原理：法拉第效应就是当在光的传播方向上加上一个强磁场时，平面偏振光穿过处于该磁场中的样品后，其偏振面会偏转一个角度。
实验结果表明，光的偏振面旋转的角度θF 与其在介质中传播的距离及l 介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B 成正比，即()F d V Bl θλ= （1）上式中，比例系数d V 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，本实验中如何判定自然旋光和法拉第效应也是根据这一性质来设计实验的。
塞曼效应与法拉第效应实验报告
VBd
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。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。对于每一种给定的 物质，法拉第旋转方向仅由磁场方向决定，而与光的传播方向无关（不管传播方向与磁场同 向或者反向） ，这是法拉第磁光效应与某些物质的自然旋光效应的重要区别。自然旋光效应 的旋光方向与光的传播方向有关， 即随着顺光线和逆光线的方向观察， 线偏振光的偏振面的 旋转方向是相反的， 因此当光线往返两次穿过固有旋光物质时， 线偏振光的偏振面没有旋转。 而法拉第效应则不然，在磁场方向不变的情况下，光线往返穿过磁致旋光物质时，法拉第旋 转角将加倍。利用这一特性，可以使光线在介质中往返数次，从而使旋转角度加大。这一性 质使得磁光晶体在激光技术、光纤通信技术中获得重要应用。 与固有旋光效应类似，法拉第效应也有旋光色散，即费尔德常数随波长而变，一束白色 的线偏振光穿过磁致旋光介质， 则紫光的偏振面要比红光的偏振面转过的角度大， 这就是旋 光色散。实验表明，磁致旋光物质的费尔德常数 V 随波长 的增加而减小。
3. 利用已有的仪器设备，设计实验方法测量样品的费尔德常数，并做误差分析 首次按照图 6 的实验装置图连接光学元件。 接下来调节激光器， 是激光器完全通过电磁 铁的中心孔，此调节需要精细调节。 首先不加入样品以及磁场， 将检偏器的旋钮扭到中间位置， 方便以后的调节， 固定不动， 这时调节起偏器是光强最弱，达到消光。 放入样品加上磁场，调节检偏器，使得光强最小，记录此时的数据。 改变电流，调节检偏器，使得探测器数值最小，记录数据。 数据如下：小片（厚度：6.2mm） 消光位置(mm) B(mT) 6.750 6 5.275 131 4.525 255 3.312 369 2.212 495
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。
近代物理实验二十 磁光效应解析
所以
（4）
由（2）式得：
（5）
当 时， ，表示右旋；当 时， ，表示左旋。假如 和 的差值正比于磁感应强度 ，由（5）式便可以得到法拉第效应公式（1）。式中的 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，并且存在磁饱和，所以通常用比法拉第旋转 的饱和值来表征法拉第效应的强弱。(4)式也反映出法拉第旋转角与通过波长 有关，即存在旋光色散。
微观上如何理解磁场会使左旋、右旋圆偏振光的折射率或传播速度不同呢？上述解释并没有涉及这个本质问题，所以称为唯象理论。从本质上讲，折射率 和 的不同，应归结为在磁场作用下，原子能级及量子态的变化。这已经超出了我们所要讨论的范围，具体理论可以查阅相关资料。
其实，从经典电动力学中的介质极化和色散的振子模型也可以得到法拉第效应的唯象理解。在这个模型中，把原子中被束缚的电子看做是一些偶极振子，把光波产生的极化和色散看作是这些振子在外场作用下做强迫振动的结果。现在除了光波以外，还有一个静磁场 作用在电子上，于是电子的运动方程是
法拉第效应有许多重要的应用，尤其在激光技术发展后，其应用价值越来越受到重视。如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；磁光隔离器也被广泛应用于激光多级放大和高分辨率的激光光谱，激光选模等技术中。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。
8 102～10 102
法拉第效应实验报告
实验报告法拉第效应学号:1010239 姓名:黄万通实验时间:2013年3月19日下午一、实验背景在磁场中,光与物质的电磁作用成为磁光效应，有三种表现：（1）塞曼效应把具有光辐射的原子在磁场中，原子光谱发生分裂的现象；（2）法拉第效应在磁场作用下，平面偏振光沿着磁场方向通过放在此磁场中的透明介质时，光的偏振面发生旋转的现象；（3）弗埃特效应在磁场作用下，平面偏振光沿着垂直磁场方向通过放在此磁场中的透明介质时，光便产生双折射的现象；二、实验目的(1)了解磁光效应现象和法拉第效应的作用机制；(2)掌握旋光角的测量方法，学会使用有关仪器；(3)学会用重要物理量的经典值验证实验原理和实验精度。
三、实验原理把样品（任何透明固体和液体）介质放在均匀磁场中，使一束平面偏振光沿着磁场方向透过该样品，结果其透射光仍为平面偏振光，但偏振角却旋转了一个角度，旋转角度的大小正比于磁场强度。
（1）在磁场作用下的旋光作用在磁场作用下,处于磁场中的介质呈现各向异性,其光轴方向为沿着磁场的方向。
把电矢量E 看成两个圆偏光成分（左旋偏振光E L 和右旋偏振光E R ）的矢量合成。
则在磁场作用下通过介质时，由于E R 比E L 慢，通过介质后的E L 和E R 之间将产生位相差θ，合成矢量E 将旋转一个角度φ=θ2，有：()D D =R L R L Dn n V V c ωθω⎛⎫-=-⎪⎝⎭()=2R L Dn n cωϕ-其中D 为介质厚度，n R 为在磁场作用下，右旋偏光通过介质的折射率，n L 为在磁场作用下，左旋偏光通过介质的折射率。
（2）法拉第旋光角的计算介质中原子的轨道电子具有磁偶极矩和势能V 有：平面偏振光通过介质时，光子与轨道电子发生交互作用，使轨道电子发生能级跃迁，势能增加。
介质对光的折射率为:()n n ω=在磁场作用下，具有能量ℏω的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构，等价于不加磁场时能量为ℏω−∆U L 的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构。
法拉第效应
发现
1845年法拉第（Michal Faraday）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ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比， 即ψ=VBl，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。上 述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的。促进了对光本性的研究。 之后费尔德（Verdet）对许多介质的磁致旋转进行了研究，发现法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。大部 分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的费尔德常数稍大。近年来研究的YIG等晶体的费尔德常数较大，从 而大大提高了实用价值。
法拉第效应实验装置如图所示。由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800nm的单色 光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与 磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检 偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。根据出射光强最大 (或最小)时检偏器的位置读数即可得出旋光角。检偏器的角度位置读数也由数显表读出。
实验原理
法拉第效应是磁场引起介质折射率变化而产生的旋光现象，实验结果表明，光在磁场的作用下通过介质时， 光波偏振面转过的角度（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度L及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成 正比，即：
θ=VBL
式中V称为费尔德常数，它表征物质的磁光特性。几种材料的费尔德常数值如下表。
法拉第效应
1845年迈克尔·法拉第提出的效应
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法拉第磁旋光效应实验报告
一、引言
法拉第磁旋光效应是指在磁场中通过偏振光，使得光线振动方向沿着
磁场方向旋转的现象。
这一现象在物理学领域具有重要的意义，也被
广泛应用于光学仪器中。
本文将对法拉第磁旋光效应实验进行详细介绍。
二、实验原理
1. 法拉第效应
法拉第效应是指在电场或磁场中，通过介质传播的偏振光线的振动方
向发生改变的现象。
其中，在磁场中产生的现象被称为法拉第磁旋光
效应。
2. 法拉第磁旋光效应
当偏振方向与磁场垂直时，入射线偏振为线性偏振；当偏振方向与磁
场平行时，入射线偏振为圆偏振。
在这种情况下，通过介质的光线会
发生沿着磁场方向旋转的现象。
3. 实验装置
本实验所需装置包括：He-Ne激光器、铜管、电源、反射镜、透镜等。
4. 实验步骤
（1）将铜管置于强磁场中，使得通过铜管的光线方向与磁场垂直。
（2）调整透镜和反射镜的位置，确保激光器发出的光线经过铜管后能够被反射回来。
（3）分别测量磁场强度和通过铜管前后的偏振角度差，计算出法拉第旋转角度。
三、实验结果
在实验过程中，我们测得了通过铜管前后的偏振角度差为20°，磁场强度为1.5T。
根据计算公式，我们得到了法拉第旋转角度为0.03°。
四、误差分析
在实验过程中，存在一些误差因素会对实验结果产生影响。
例如，在调整透镜和反射镜位置时可能存在误差；测量偏振角度时也可能存在读数误差等。
五、结论
本实验成功地验证了法拉第磁旋光效应，并且得到了较为准确的法拉第旋转角度。
同时，在实验过程中也发现了一些可能会影响实验结果的误差因素。
这些都为今后进一步深入研究提供了参考依据。