法拉第效应演示实验

1、实验七 法拉第效应演示实验一、实验目的1、了解磁光调制的基本原理及法拉第效应演示仪的基本结构。2、演示对于给定的样品介质光振动面的旋转角与样品介质的长度及磁感应强度成正比的规律；3、演示磁致旋光与自然旋光的区别，即磁致旋光的方向与磁场的方向有关，而与光的传播方向无关。二、实验原理 当一束平面偏振光穿过一些原来不具有旋光性的介质，且给介质沿光的传播方向加一磁场，就会观察到光经过该介质后偏振面旋转了一个角度，也就是说磁场使介质具有了旋光性。这种现象就是磁光效应，亦称法拉第效应。 实验表明：在法拉第效应中，光矢量旋转的角度与光在介质中通过的距离L及磁感应强度B成正比，即VBL式中V是表征物质磁光特性

2、的系数（取决于样品介质的材料特性和工作波长），称为费尔德（Veraet）常数。 法拉第效应既是研究物质结构的一种手段，又在很多技术领域（如光通讯技术、电工测量技术、激光光谱技术等）中被利用。所以法拉第效应实验在高等院校物理实验教学中是一个很有实际意义的实验题目。本实验装置可以方便直观地演示以上所述的规律。 另外，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，光矢量的旋转方向只由磁场的方向决定，而与光的传播方向无关，即当光线经样品物质往返一周时，旋光角将倍增。本实验装置还可方便地演示这一现象。三、实验装置和技术指标1、实验装置结构如图一所示。图一 法拉第效应演示实验装置图装置图说明：l

3、、HeNe激光器； 2、起偏器； 3、反射镜； 4、反射镜调节钮； 5、螺线管线圈； 6、螺线管线圈接线柱； 7、螺线管水平调节钮； 8、反射镜； 9、反射镜调节钮； 10、检偏器（带角度测量盘）； 11、检偏器角度调节钮； 12、接收光屏； 13、螺线管垂直调节钮； 14、激光器径向调节钮；15、螺线管径向调节钮2、技术指标 主导轨长：1520 mm 光源：氦氖激光，波长 632.8 n 螺线管：长200mm，匝数2100匝 激磁直流电源：输入 220V； 输出 电压 0 30 V，电流 03 A 样品：重火石玻璃棒（两根），尺寸10*100 mm四、仪器安装按图一所示安装实验仪。先将光学导

4、轨安放妥当，调节底角的四个螺丝使导轨平稳；再将各个部件插入相应的滑块上，并紧固好，各部件中心高度大约一致；再将滑块紧固在光学导轨上。（各部件安放位置以及滑决之间相对距离按图一所示操作）。将激磁直流电源输出端与螺线管的接线柱之间用导线连接好。五、实验内容1、演示qVBL的规律（l）装置中暂不加反射镜（图一中3和8）。先在螺线管中放入一根玻璃棒样品，接通激光器电源，然后调整光路。主要调整激光器的径向调节钮（14）和螺线管的水平调节钮（7）及其径向调节钮（15）、垂直高度调节钮（13），使激光束经起偏器（2）穿过样品，再经过检偏器（10）出射到接收光屏上。观察光屏上激光光斑，调节检偏器角度调节钮（1

5、1），使光屏上激光光斑消失，说明起偏器和检偏器两偏振面正交。（注意：本仪器出厂时，起偏器与检偏器之间相对角度已调好，即当检偏器角度盘刻度指零时，两偏振器的偏据面正交。一般情况下用户可不用调节起偏器的角度。）打开激磁电源开关，即加上磁场，调节输出电压至15V，此时接收屏上又会出现激光光斑，说明在磁场的作用下样品把光的偏振面又旋转了一个角度，即原来的偏振面正交状态被破坏。调节检偏器角度，使接收屏上的激光光斑重新消失，这时检偏器转过的角度q就是该实验条件下的磁致旋光角。（2）在螺线管中再放入一根玻璃棒样品，使样品长度增加一倍，再重复以上实验，可测得磁致旋光角约为2q。（3）增加激磁电压至3 0 V（

6、满量程输出），重复以上实验，可测得磁致旋光角约为4q。如果能对磁场定标，还可测出给定样品的费尔德常数。2、演示磁致旋光与自然旋光的区别保持上面实验条件不变。（1）先断开激磁直流电源开关，再扳动电源面板上的换向开关，即将电源输出正负极换向，也即改变磁场方向。再接通电源开关，加上磁场，这时可检测到磁致旋光角的旋转方向亦随之改变方向。（2）按图一所示在光路中加上反射镜（图一中的3和8）。测量原理（参见图二）如下： 图二 法拉第效应测量原理示意图反射镜面上一部分镀有反射膜，一部分透光；两反射镜安放位置如图二所示。让激光通过反射镜3的透光部分，再穿过样品射到反射镜8的反射膜面上；调节反射镜8的调节钮（9

7、），使光再穿过样品返回反射镜3的反射膜面上；调节反射镜3的调节钮（4），使光再次反射穿过样品，并经反射镜8的透光部分出射。这样光在样品中反复通过了3次。这时再按实验一的操作方法实验，可测得旋光角为光单次通过样品时的3倍。为了获得较大的旋光角，通常都采用让光多次通过样品的方法。以上实验结果说明磁致旋光角的旋转方向只与磁场方向有关，与光的传播方向无关。需要说明一点，如果反射镜膜面的反射率稍低（实际上反射率很难做到100），则上面实验中就会出现如下现象：光第一次通过样品射到反射镜8的反射面上后，大部分光被反射回样品，但有一个部分光会穿过反射镜，再通过检偏器射到光屏上形成光斑l（见图三）；而反复通过样品3次的光出射到光屏上形成光斑2；在实验中要注意并区分这两个光斑。若对光斑1测量的旋光角为q，则对光斑2测量的旋光角就是3q。当然，如果反射镜的反射率很高，光斑1就会很弱，甚至看不到，则上述现象就不明显。图三 反射率稍低时的法拉第效应测量原理示意图六、操作注意事项：1、当激磁电源输出电压较高时（ 20V以上），螺线管会有一定温升，这属于正常情况。但如果通电时间较长，螺线管温度会持续升高，若人触摸有轻微热烫感时