法拉第效应实验报告

                         学号：                    姓名：

                     实验日期：20##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，ZF7的费尔德常数为。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。

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创新性实验报告

实验课题:  磁光效应

专业班级：   XXXXXX     

姓名: XXX

学号: XXXXXX

指导教师: 赵骞

磁光效应实验

【实验目的】

1、了解法拉第效应产生的原因。

2、会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数。

3、学会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数能。

【实验仪器】

半导体激光器、起偏器、电磁铁（螺线管）、检偏器、直流稳压电源、多量程电流表、光电功率计

【实验原理】

概述：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。                                                       

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创新性实验报告

实验课题:  磁光效应

专业班级：   XXXXXX     

姓名: XXX

学号: XXXXXX

指导教师: 赵骞

磁光效应实验

【实验目的】

1、了解法拉第效应产生的原因。

2、会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数。

3、学会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数能。

【实验仪器】

半导体激光器、起偏器、电磁铁（螺线管）、检偏器、直流稳压电源、多量程电流表、光电功率计

【实验原理】

概述：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。                                                       

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南昌大学物理实验报告

学生姓名：    学号：5502210039专业班级：应物101班

实验时间：          教师编号：T017    成绩：         

法拉第效应

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

  本实验采用FD-FZ-I型法拉第-塞满效应综合试验仪，仪器结构示意图如下:

三、 实验原理

1.  法拉第效应

1845年法拉第发现磁场会引起磁性介质折射率变化而产生旋光现象，即加在介质上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏振面的旋转，且光波偏振面偏转角（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度D及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比。此即为法拉第效应。

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，掺稀土离子玻璃的法拉第效应稍明显些，而有些晶体如YIG等的法拉第效应较强。同时，由于法拉第效应弛豫时间极短，对温度稳定性要求低。故法拉第效应有许多重用的应用，如光纤通讯中的磁光隔离器、单通器，激光通讯，激光雷达等技术中的光频环行器、调制器等，以及磁场测量的磁强计等。磁光隔离器可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用于激光多级放大技术和高分辨的激光光谱技术，激光选模等技术中。在磁场测量和电流方面，可测量脉冲强磁场、交变强磁场、等离子体中强磁场、低温超导磁场、几千-几千KV的高压电流等。此外，利用法拉第效应还可研究物质结构、载流子有效质量、能带等。

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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，振动面旋转的角度与光波在介质中走过的路程及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量成正比，这个规律又叫法拉第一费尔得定律，即

比例系数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（）反之叫负旋（）。

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：

这里是透射光波长，有效的电偶极矩阵元，温度和浓度等物理量的函数，但是与入射波长无关。这种值随波长而变的现象称为旋光色散。

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塞曼效应与法拉第效应实验报告

摘要：法布里-珀罗标准具的工作原理与调节使用方法，通过法布里-珀罗标准具观测汞原子546.1nm谱线的分裂现象以及它们偏振状态，计算出电子荷质比和误差，测量样品的费尔德常数。

关键词：塞曼效应，法拉第效应，精细结构

一、引言

英国物理学家法拉第（M.Faraday(1791-1863)）1845年发现磁致旋光效应，克尔(John Kerr)1876年发现磁光克尔效应。法拉第旋光效应和克尔效应的发现在当时引起了众多物理学家的兴趣。1862年法拉第出于"磁力和光波彼此有联系"的信念，曾试图探测磁场对钠黄光的作用，但因仪器精度欠佳未果。

1896年,荷兰物理学家塞曼( P.Zeeman (1865-1943) )发现当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同，后人称此现象为塞曼效应。塞曼效应是继法拉第效应后之后，发现的又一个磁光效应。

塞曼在法拉第的信念的激励下,经过多次的失败,最后用当时分辨本领最高的罗兰凹面光栅和强大的电磁铁,终于在1896年发现了钠黄线在磁场中变宽的现象,后来又观察到了镉蓝线在磁场中的分裂。

塞曼在洛仑兹的指点及其经典电子论的指导下,解释了正常塞曼效应和分裂后的谱线的偏振特性,并且估算出的电子的荷质比与几个月后汤姆逊从阴极射线得到的电子荷质比相同。

塞曼效应不仅证实了洛仑兹电子论的准确性，而且为汤姆逊发现电子提供了证据。还证实了原子具有磁矩并且空间取向是量子化的。19xx年，塞曼与洛仑兹因这一发现共同获得了诺贝尔物理学奖。直到今日，塞曼效应仍旧是研究原子能级结构的重要方法。

二、实验原理

1. 塞曼效应实验

塞曼效应是同一原子能级上不同量子态在量子轴（如磁场方向）上的磁矩投影具有不同的期望值，因而在外磁场作用下发生能级分裂的现象。实际上，电子具有自旋，自旋轨道相互作用下，能级的简并度部分解除，这就是原子能级的精细结构。同时，因为磁量子数m可取-j到j的2j+1个值，精细结构能级仍然是是2j+1度简并的。在外磁场下，能级简并会进一步解除，这就是反常塞曼效应。本实验中所观察的汞绿线对应于6s7sS3

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液晶电光效应实验报告

——应物02陈忠旺10093026

一：基本要求

1、 了解液晶的特性和基本工作原理；

2、 掌握一些特性的常用测试方法；

3、 了解液晶的应用和局限。

二：实验原理：

液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各 向异性。当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。

列方式和天然胆甾(音同淄)相液晶的主要区别是：扭曲向列的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。而天然胆甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人为控制。

扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质的旋光效应。在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取向夹角。

由于液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。如果我们对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。从而使液晶材料的光学特性发生改变，19xx年有人发现了这种现象。这就是液晶的的电光效应。

为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透明电极。我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。当我们在液晶盒的两个电极之间加上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么变化。根据液晶分子的结构特点。我们假定液晶分子没有固定的电极。但可被外电场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图2中的排列形式。本实验希望通过一些基本的观察和研究，对液晶材料的光学性质及物理结构有一个基本了解。并利用现有的物理知识进入初步的分析和解释。

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