法拉第效應-磁光調制實驗

1、法拉第效應 磁光調制實驗王福梅 07300190093 合作者 翦巽 指導老師：白翠琴【摘要】 ：本次實驗用Origin對法拉第實驗中的數據進行了擬合分析，主要完成了三項工作，一是測量得到了旋轉角與磁場大小B的關系，并得到了此條件下的菲德爾常數V;二是得到了單色儀手輪與波長的定標曲線；三是得到了一定磁場大小下菲德爾常數V與波長的關系。【關鍵詞】 ：法拉第效應，菲德爾常數，旋光角【引言】 ：1845年，法拉第（M.Faraday）在探索電磁現象和光學現象之間的聯(lián)系時，發(fā)現了一種現象：當一束平面偏振光穿過介質時，如果在介質中，沿光的傳播方向上加上一個磁場，就會觀察到光經過樣品后偏振面轉過一個角度，

2、即磁場使介質具有了旋光性，這種現象后來就稱為法拉第效應。法拉第效應有很重要的應用。本文用科學軟件origin擬合了實驗數據，得到了相應的實驗結論，并對一些理論進行了驗證。【試驗裝置及原理】 ： 法拉第旋光角為：，其中為色散項，為法拉第旋轉角，e/m為電子的荷質比，c為真空中的光速，為光波長，n為材料的折射率，D為磁場與樣品介質的有效相互作用長度，B為磁感應輕度，V為磁光介質的菲爾德常數。 如上圖所示，為實驗所使用的裝置圖，由光源產生的復合白光通過小型單色儀后可以獲得波長360-800nm的單色光，經過起偏鏡成為單色線偏振光，然后穿過電磁鐵。電磁鐵采用直流供電，中間磁路有通光孔，入射光與磁場B方

3、向一致。入射光穿過樣品后從電磁鐵的另一極穿出入射到檢偏器上，透過檢偏器的光進入光電倍增管，由數顯表表示光電流的大小，即出射光強的大小。 【數據處理與分析】 ：固定波長，測出旋光角和磁場B的關系。 電磁鐵采用直流供電，磁場和所加電壓成立對應關系。由于實驗中，在變化磁場大小測量旋光角的過程中，磁場是密封起來的，無法同時測量磁場大小和旋光角。因此，可先測出磁場與所加電壓的對應關系，再測出所加電壓與旋光角的關系，便可間接知道旋光角和磁場的關系。 測得磁場隨電壓的關系如下，并進行多項式擬合：圖1：BU關系圖擬合結果（B的單位為mT,U的單位為V）.改變勵磁電壓 ，測出不同電壓下的旋光角，把電壓值帶入以上

4、的擬合公式中，計算得到相應的B，于是得到關系。固定手輪此時的讀書為d=4.342mm。表格1：旋轉角與磁場的關系U / V81012141618202224/oB / mT365.4808443.14514.07576.90631.11677.10716.14750.37782.83/o4.35.275.987.327.838.859.579.9311.02圖2 ： 關系圖擬合結果：(的單位為度，B的單位為mT).在相關度還不錯的情況下，截距為1.78，分析可知造成這一截距的原因是，實驗中數顯表的靈敏度比較差，在讀取旋轉角的時候發(fā)現，檢偏器在約4度范圍內活動，數顯表都會顯示一個最小的數值，為了

5、使誤差較小，每次讀數時我們都會在靠近某個方向上數顯表剛好要開始從最小變化時讀取，這樣就會造成讀取的旋轉角總體的一個偏移。這個活動范圍約為4度，那我們這樣讀數的話就會越造成一個2度的誤差，正符合擬合公式總的截距1.78.由公式，得 ,實驗中， 則：固定磁場強度B，測旋光角和的關系。固定V=16v，代入BU關系式中，可得B=631.11mT。 以鈉燈做光源，本實驗中的三棱鏡單色儀獲得的單色光用氫光譜儀進行讀取單色儀不同鼓輪下的單色光波長，進而獲得單色儀的定標曲線。 先不用實驗的單色儀，直接用鈉燈照射氫光譜儀進行掃描鈉燈的光譜。氫光譜儀的單色儀是光柵單色儀。鈉燈預熱數分鐘，倍增管高壓調到適合大小，測

6、量得到鈉燈的光譜與鈉的標準光譜對比： 測量值標準值差值平均差值峰1591.65589.02.65 2.75峰2592.45589.62.85可見實驗室中測量得到的鈉光譜和標準鈉光譜有一定的偏移，這是實驗儀器的本身誤差造成的，于是實驗室中測量得到的定標波長也要做相應的平移。從實驗室得到標準的與手輪讀數的定標關系：表格2：單色儀獲得的單色光波長與單色儀鼓輪讀數手輪/mm2.0022.53.03.253.53.754.04.25修正393.2407.2426.9435.7448.7461.2475.7491.2手輪/mm4.54.755.05.25修正5092.529.2551.7579. 2圖3：

7、波長與手輪刻度的關系（定標曲線）擬合結果：（波長的單位為nm,鼓輪的單位為mm）,相關度R=0.9998，此時可得到上個步驟中測量關系中的波長為298.2nm.表格3：菲爾德常數與所對應波長的數據手輪/ mm2.0022.53.03.253.53.754.04.2512.4812210.19.338.18.174.983.45/ nm393.67407.89425.67436.14447.83460.88475.46491.72V/ o/Tm1848.11806.61495.71381.61199.51209.9737.5510.26.456.015.525.264.994.714.424.14理論分析可知，菲爾德常數V與成正比【1】，對其進行做圖擬合，可得如下：圖4：V與的關系(V單位rad/Tm, 單位) 相關系數R=0.91458可見，相關度不是很好，分析可知實驗誤差的主要來源有：單色儀出射狹縫提供的工作波長不夠準確確定 旋光角測量誤差磁感應輕度的刺兩精度不夠 操作時工作波長漂移【實驗結論】 ： 1,一定波長下（）， 旋轉角與磁場B的關系（(的單位為度，B的單位為mT).此波長下。 2，（波長的單位為nm,鼓輪d的單位為mm）,相關度R=0.99983