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Hemingway

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日志

 
 

法拉第效应实验报告及数据  

2011-04-20 21:25:27|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                            法拉第效应

教  学   目   的  1.了解法拉第效应原理

                  2.学会测量法拉第效应旋光角。

重     难     点  1.法拉第效应原理的理解;

2.法拉第测试仪器的正确使用。

教   学  方   法  讲授、讨论、实验演示相结合。

学            时  3个学时

一、前言

    法拉第效应是一种磁光效应。在现代光学技术特别是激光技术中,法拉第效应获得了非常重要的应用,例如,作光调制器件、光开关,进行光信息处理等。

二、实验仪器

WFC法拉第效应测试仪,待测样品。

法拉第效应实验装置示意图如图1所示。由光源(12V,100W的白炽灯)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,两磁极间隙为11mm。磁感强度与励磁电流的关系曲线如图2所示(1特斯拉(T)=104。高斯(G)),根据励磁电流的大小可以从图中查得对应的磁场值。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,其最大读数为99059’,分辨率为1’。

图1   法拉第效应测试仪结构示意图

 

WDX型小型单色仪是由色散棱镜将复合光分解后通过限制谱线的宽度来获得单色光束的。通过旋转棱镜,在狭缝处可获得不同波长的单色光束。光束波长与鼓轮读数对照表见表1。

样品介质为重火石玻璃(ZF6),制成顶角为600的三棱镜形状。

三、实验目的

1.了解法拉第效应原理

2.学会测量法拉第效应旋光角。

四、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θ与光在介质中通过的距离L及磁感应强度B成正比,即

                             θ=VBL                            (1)

式中V是表征物质磁光特性的系数(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。

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。

五、实验内容

1.实验准备(已由实验室完成)

    将白炽灯电源线捅人电源变压器后,接通电源,开启单色仪入射狭缝。

    将光源、单色仪与电磁铁配合衔接起来(即把偏振片座套插入电磁铁之圆凹槽里),从电磁铁另一磁极圆孔中,用30×读数显微镜观察,调整单色仪与电磁铁的配合,使光束位于圆孔中心.然后将光电接收部分的连接罩插人到电磁铁的圆凹槽中。将玻璃样品用弹性固定圈固定在电磁铁磁极中间。

2.仪器调节

    (1)接通电源,预热5min,使单色仪输出某一波长的单色光。

    (2)将检偏器手柄上的红点与连接座的标记及电磁铁一端的标记(均为红色)三点调成一直线。

(3)将检偏镜测角手轮顺时针旋到头后,再逆时针旋转两周,按一下角度数显表的清零按钮,使角度显示值为零。调节调零电位器,使数显表读书最小。

(4)灵敏度的调节:在上述状态下,略微转动起偏器,使数显表读书有一微小变化(末位增加5~10),此时调节调零电位器,使数显值最小。

3.测量法拉第效应旋光角

    (1)将励磁电流由零增加到预定值,观察数显表示值的变化。

    (2)调节检偏器手轮,使数显表的示值逐渐变化到零。记下角度表的读数口。

(3)将励磁电流分别调到要预定的数值,重复过程(2)。

注意:励磁电流应由小到大的单一方向变化,测试过程中不可逆向变化电流的大小。磁感应强度B与励磁电流I的关系如图所示

           

六、注意事项

1.认清单色仪狭缝开启方向,切勿使其关闭过零。

2.数显表溢出时,可关小单色仪人射狭缝或调整放大倍率。

3.数显表未与整机相连时,切勿接通电源,以免烧坏仪器。

七、数据处理

样品名称:重火石玻璃                 D=10.1mm


   (nm)

(度)

B(GS)

 

422.5

(紫)

 

534.5

(绿)

 

587

(黄)

 

701

(红)

2000

 

 

 

 

3000

 

 

 

 

4000

 

 

 

 

5000

 

 

 

 

6000

 

 

 

 


 执笔人:Hemingway

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