晶体磁光效应.doc

晶体磁光效应
中国石油大学近代物理实验实验报告成班级: 姓名: 同组者: 教师:
【实验目的】
1. 理解磁光效应的物理意义;
2. 掌握法拉第旋转角的测量方法;
3. 计算物样品的费尔德常数。
【实验原理】
1、法拉第效应实验规律
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L成正比,即:
??VBL (1—1) 式中比例常数V叫做费尔德常数,由物质和工作波长决定,它表征物质的磁光特件,随波长λ的增加而减小。实验表明,法拉第旋光方向仅由磁场方向决定,而与光的传播方向无关。
2、法拉第效应的旋光角
一束线偏振光可以视为两个频率相等,振幅相等的左旋和右旋圆偏振光的叠加,它们在加有磁场的介质中传播的速度不同,也就是两偏振光在介质中的折射率不同,在介质中通过相同的距离, 产生的相位延迟不同。设线偏振光的电矢量为E?ER?EL。角频率为ω,真空中的波长为λ。EL 的传播速度为vL,折射率为nL。 ER的传播速度为vR,折射率为
nR。正入射到磁场中的介质时, 两光振动的相位差为零。通过长度D的介质后,出射的线偏振光相对于入射介质前的线偏振光振动方向转过的角度?F即为法拉第效应的旋转角:
?F?
3、法拉第旋转角的计算
在磁场作用下,具有能量为(?)的左旋光子所遇到的轨道电子能级机构等于不加磁场时能量为(1????L-?R??nL-nR?D (1—2) 2????VL)的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构(其中?VL?
nL(
nL(?)?(??eB),因此有 2m ?)?n(???VL) (1—3)?VL)?n(?)?dn?VLeBdn?n(?)? (1—4) d?2md?
同理,右旋光量子,有:
nR(
nR(?)?(??
?)?n(???VR) (1—5)?VR)?n(?)?dn?VReBdn?n(?)? (1—6) d?2md?1
把式(1—5)和式(1—6)代入式(1—3)得:
??
其中V(?)??DBednDBedn????V(?)DB (1—7) 2mcd?2mcd?edn?,称费尔德常数,它反映了介质材料的光学特性。对于CGS制,则有: 2mcd?
DBedn? ??
(1—8) 22mcd?
edn? V(?)?? (1—9) 2mc2d?
(1—7)和(1—9)就是法拉第效应旋转角的计算公式。它表明法拉第旋光角的大小和样品厚度成正比,和磁场强度成正比,并且和入射波光的波长及介质dn的色散有密切关系。 d?
【实验装置】
半导体激光器,偏振片,光功率计,光学导轨,滑座,电磁铁,特斯拉计,样品。实验装置图如下图图1所示。
图1 法拉第效应实验装置图
【实验内容】
1、仪器调整
1)调正激光器的位置,使得出射光线与电磁铁的通光孔在一条水平线上。
2)注意在电磁体中间样品的位置,通光孔径应与样品表面垂直。
3) 打开激光器光源及光功率计的电源,预热5分钟,使仪器工作状态处于稳定。
2、实验步骤:测量法拉第效应偏振面旋转角θ与外加磁场电流I的关系曲线。
1) 关闭实验室顶灯,打开试验台上小台灯,并注意使功率计处于位于台灯的背光处;
2) 调整靠