磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程：_光電子實(shí)驗(yàn)_學(xué)號： 姓名： 專業(yè)： 信息工程 南京大學(xué)工程管理學(xué)院磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察磁光調(diào)制現(xiàn)象2 測量調(diào)制深度與調(diào)制角幅度3 測定旋光角與外加磁場的關(guān)系4 測量直流磁場對磁光介質(zhì)的影響5 磁光調(diào)制與光通訊實(shí)驗(yàn)演示二、實(shí)驗(yàn)原理1 磁光效應(yīng) 當(dāng)平面偏振光穿透某種介質(zhì)時(shí)，若在沿平行于光的傳播方向施加一磁場，光波的偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)表明其旋轉(zhuǎn)角正比于外加的磁場強(qiáng)度B，這種現(xiàn)象稱為法拉第（Faraday）效應(yīng)，也稱磁致旋光效應(yīng)，簡稱磁光效應(yīng)，即： (1)式中l(wèi)為光波在介質(zhì)中的路徑，為表征磁致旋光效應(yīng)特征的比例系數(shù)，稱為維爾德（Verdet）常數(shù)。由于磁致旋

2、光的偏振方向會使反射光引起的旋角加倍，而與光的傳播方向無關(guān)，利用這一特性在激光技術(shù)中可制成具有光調(diào)制、光開關(guān)、光隔離、光偏轉(zhuǎn)等功能性磁光器件，其中磁光調(diào)制為其最典型的一種。圖1 磁光效應(yīng)示意圖如圖1所示，在磁光介質(zhì)的外圍加一個勵磁線圈就構(gòu)成基本的磁光調(diào)制器件。2 直流磁光調(diào)制當(dāng)線偏振光平行于外磁場入射磁光介質(zhì)的表面時(shí)，偏振光的光強(qiáng)I可以分解成如圖2所示的左旋圓偏振光IL和右旋圓偏振光IR（兩者旋轉(zhuǎn)方向相反）。由于介質(zhì)對兩者具有不同的折射率nL和nR，當(dāng)它們穿過厚度為l的介質(zhì)后分別產(chǎn)生不同的相位差，體現(xiàn)在角位移上有：式中為光波波長因 ( 2 ) 如折射率差正比于磁場強(qiáng)度B，即可得（1）式，并由值

3、與測得的B與l求出威德爾常數(shù)。3 交流磁光調(diào)制用一交流電信號對勵磁線圈進(jìn)行激勵，使其對介質(zhì)產(chǎn)生一交變磁場，就組成了交流（信號）磁光調(diào)制器（此時(shí)的勵磁線圈稱為調(diào)制線圈），在線圈未通電流并且不計(jì)光損耗的情況下，設(shè)起偏器P的線偏振光振幅為A0，則A0可分解為A0 cos及A0 sin兩垂直分量，其中只有平行于P平面的A0 cos分量才能通過檢偏器，故有輸出光強(qiáng) （馬呂斯定律）其中為其振幅。式中為起偏器P與檢偏器A主截面之間的夾角，I0為光強(qiáng)的幅值，當(dāng)線圈通以交流電信號i=i0 sint時(shí)，設(shè)調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場為B=B0 sint，則介質(zhì)相應(yīng)地會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角=0 sint，則從檢偏器輸出的光強(qiáng)為： （3

4、）由此可知光輸出可以是調(diào)制波的倍頻信號。以上就是電信號致使入射光旋光角變化從而完成對輸出光強(qiáng)調(diào)制的基本原理。4 磁光調(diào)制的基本參量磁光調(diào)制的性能主要由以下兩個基本參量來描述。（1）調(diào)制深度 （4）式中Imax和Imin分別為調(diào)制輸出光強(qiáng)的最大值和最小值，在 的條件下，參照圖3應(yīng)用倍角公式，由（3）式得到在時(shí)的輸出光強(qiáng)分別為： （5） 如圖3所示：（2）調(diào)制角幅度0令為光強(qiáng)調(diào)制幅度將（5）式代入化簡得由此可見，若起偏器P與檢偏器A主截面間夾角時(shí)，調(diào)制幅度可達(dá)最大值 此時(shí)調(diào)制輸出的極值光強(qiáng)為： （6）將此式代入（4）式得時(shí)的調(diào)制深度和調(diào)制角幅度： （7）三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 觀察磁光調(diào)制現(xiàn)象（1）按圖4

5、所示，參照圖8“系統(tǒng)連接”方法準(zhǔn)備就緒（用鋱玻璃調(diào)制器線纜插入主控單元后面板的“調(diào)制輸出”兩插座中）。（2）打開調(diào)制加載開關(guān)，調(diào)制幅度開關(guān)最大，此時(shí)直流磁場為零，轉(zhuǎn)動檢偏器，在示波器上同時(shí)觀察到調(diào)制波形與解調(diào)輸出波形；再細(xì)調(diào)檢偏器的轉(zhuǎn)角，即可明顯地看到解調(diào)波與調(diào)制波的倍頻關(guān)系，此時(shí)光強(qiáng)指示為最小值，檢偏器透光軸與起偏器透光軸垂直， 。2 測量調(diào)制深度與調(diào)制角幅度在示波器中顯示出解調(diào)波形時(shí)，調(diào)節(jié)檢偏器偏角，讀出波形曲線上相應(yīng)的光強(qiáng)信號的最大值Imax和最小值Imin ，代入（6）式和（7）式，計(jì)算出調(diào)制深度和調(diào)制角幅度0。實(shí)驗(yàn)測得：Imax=4.56 Imin =0.24 調(diào)制角幅度=32.08

6、 調(diào)制深度：=0.93、測定旋光角與外加磁場的關(guān)系數(shù)據(jù)表格：磁感應(yīng)強(qiáng)度0.0760.1350.2030.2810.3420.4150.4820.5450.612旋轉(zhuǎn)角0.681.021.482.122.563.133.584.454.87磁感強(qiáng)度與旋光角的圖像：分析:由上圖可以看出兩者基本上呈線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中線偏振光的偏振方向和產(chǎn)生磁場的電流的旋轉(zhuǎn)方向一致，根據(jù)上面原理定義為右旋。誤差分析：實(shí)驗(yàn)過程中，勵磁電流計(jì)讀數(shù)有一定的誤差；讀數(shù)有一定誤差將角度轉(zhuǎn)化位弧度制4舍5入導(dǎo)致一定的誤差；光路不夠滿足實(shí)驗(yàn)要求，精度不夠?qū)е聹y量不準(zhǔn)確；消光法測量時(shí)光電流反應(yīng)不夠靈敏，最小值不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致對于的檢偏器

7、角度讀取有誤差。4 、測量直流磁場對磁光介質(zhì)的影響（1）按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1中（2）步驟，調(diào)出調(diào)制波的倍頻信號。（2）將勵磁電磁鐵（M）插入可調(diào)滑座上置于接收器前，電磁鐵中間放入磁光介質(zhì)重火石，（先將重火石插在兩磁軛之間，磁軛平面與兩磁極相吻合）如圖10所示。將電磁鐵引出線纜插入后面板的“勵磁輸出”兩插座中（注意：紅對紅，黑對黑）。 圖10（3）調(diào)節(jié)可調(diào)滑座高低左右，使激光能準(zhǔn)確穿過重火石中心。調(diào)節(jié)接收器滑座，使激光能精確進(jìn)入接收孔。此時(shí)，示波器可見倍頻信號。（4）開啟直流勵磁，使勵磁線圈通以直流電流IDC，轉(zhuǎn)動勵磁強(qiáng)度旋鈕，使勵磁指示表達(dá)到1.5A，示波器無倍頻信號顯示，此時(shí)記下接受器上測角器的讀數(shù)

8、（建議做此實(shí)驗(yàn)前將測角器刻度0對0），旋轉(zhuǎn)測角器微調(diào)，使示波器重顯倍頻信號，再記下此時(shí)測角器讀數(shù)，其差值為重火石磁致旋光角。（5）將測角器刻度0對0，改變直流電流（由勵磁電流表讀出），每隔0.3A測量一次，記下旋光角度與相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角，畫出 B(IDC)的關(guān)系曲線。· 注：調(diào)制線圈中部頂端開有小孔，用以插入特斯拉（場強(qiáng)）計(jì)測量線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度B（由于測試探頭處于線圈邊緣，其中部的B應(yīng)為2倍測試值）。· 根據(jù)B與偏角值，即可由（1）式計(jì)算出磁光介質(zhì)的維爾德常數(shù)。磁感應(yīng)強(qiáng)度0.07580.13750.20290.28890.35150.42670.5690.5950.6367旋轉(zhuǎn)角-1.34-4.84-6.77-9.54-12-14.03-17-19.57-21.77 B(IDC)的關(guān)系曲線：分析：由上圖可知，MR3玻璃的B關(guān)系基本是線性關(guān)系。根據(jù)上面原理定義，MR3玻璃的法拉第旋光性為左旋。倍頻：四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、在設(shè)計(jì)倍頻時(shí)，開始過程中遇到很大困難，主要是實(shí)驗(yàn)方法的錯