法拉第效应(磁致旋光效应)实验

  • 物理楼149房间
  • 实验由姚红英老师负责教学

1845年,法拉第(M.Faraday)在探索电磁现象和光学现象之间的联系时,发现了一种现象:当一束平面偏振光穿过介质时,如果在介质中,沿光的传播方向上加上一个磁场,就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度,即磁场使介质具有了旋光性,这种现象后来就称为法拉第效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系,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光进行了研究,发现了法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。

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。

磁光调制主要应用于光偏振微小旋转角的测量技术,它是通过测量光束经过某种物质时偏振面的旋转角度来测量物质的活性,这种测量旋光的技术在科学研究、工业和医疗中有广泛的用途,在生物和化学领域以及新兴的生命科学领域中也是重要的测量手段。如物质的纯度控制、糖分测定;不对称合成化合物的纯度测定;制药业中的产物分析和纯度检测;医疗和生化中酶作用的研究;生命科学中研究核糖和核酸以及生命物质中左旋氨基酸的测量;人体血液中或尿液中糖份的测定等。

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 Ə=VBL式中

  • Ə为法拉第效应旋光角;
  • L为介质的厚度;
  • B为平行于光传播方向的磁感强度分量;
  • V称为费尔德(Verdet)常数。

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,保证入射光与磁场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入射到检偏器上,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。

  • 做电磁铁的定标曲线B~I曲线,I为励磁电流;
  • 测量在不同波长下法拉第旋转角与磁场的关系;
  • 用分光计测量重火石玻璃的折射率与波长的关系;

光源用低压汞灯和钠灯,分光计的调整方法参考沈元华等的《基础物理实验》中实验6-3 分光计的调节和应用

  • exp/法拉第效应.txt
  • 最后更改: 2018/11/18 14:15
  • (外部编辑)