近代物理法拉第效应优秀课件.ppt

近代物理法拉第效应第1页，本讲稿共14页 一、实验目的一、实验目的3、确定、确定费尔德常数费尔德常数（Verdet）常数。）常数。2、掌握旋光角的测量方法，学会使用有关仪器。、掌握旋光角的测量方法，学会使用有关仪器。1、了解法拉第效应。、了解法拉第效应。第2页，本讲稿共14页 1845年，法拉第发现当一束线偏振光穿过介质时，如果在介质年，法拉第发现当一束线偏振光穿过介质时，如果在介质中，沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后偏中，沿光的传播方向加上一个磁场，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，这种现象就称为振面转过一个角度，即磁场使介质具有了旋光性，这种现象就称为法拉第效应法拉第效应，也叫，也叫磁致旋光效应。磁致旋光效应。二、二、实验原理实验原理1、法拉第效应、法拉第效应P1P2EE磁磁场第3页，本讲稿共14页 偏振光通过某些物质后，其振动面将以光的传播方向为轴偏振光通过某些物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过一定的角度。线转过一定的角度。2、天然旋光现象、天然旋光现象 （1）、天然旋光物质：旋光物质：能产生旋光现象的物质（如石英晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）。能产生旋光现象的物质（如石英晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）。旋光晶体旋光晶体单色光单色光第4页，本讲稿共14页正向通过正向通过 ：反向通过反向通过 ：如果线偏振光往返一次通过天然物质，振动面方向不变如果线偏振光往返一次通过天然物质，振动面方向不变 线偏振光通过天然旋光物质时，线偏振光通过天然旋光物质时，旋光方向决定于旋光方向决定于光的传播方向。光的传播方向。（2）、天然旋光物质的旋光特点）、天然旋光物质的旋光特点第5页，本讲稿共14页正向通过正向通过 ：反向通过反向通过 ：如果线偏振光往返一次通过磁光物质，振动面旋转过如果线偏振光往返一次通过磁光物质，振动面旋转过2 法拉第效应的旋光方向决定于法拉第效应的旋光方向决定于外加磁场方向，与光的传播方向无外加磁场方向，与光的传播方向无关，关，即法拉第效应具有不可逆性。即法拉第效应具有不可逆性。3、法拉第效应的旋光特点、法拉第效应的旋光特点第6页，本讲稿共14页 设设 为偏振光通过位于磁场中的物质后振动面所转过为偏振光通过位于磁场中的物质后振动面所转过 的角度。的角度。根据量子理论，根据量子理论，法拉第效应中偏振面转过的角度与沿介质厚度方法拉第效应中偏振面转过的角度与沿介质厚度方向所加磁场的磁感应强度向所加磁场的磁感应强度B B及介质厚度及介质厚度l成正比：成正比：式中比例常数式中比例常数V叫做费尔德常数，叫做费尔德常数，费尔德常数表征着物质的磁光特性，是物质的一种固有属性。费尔德常数表征着物质的磁光特性，是物质的一种固有属性。4 4、费尔德常数、费尔德常数第7页，本讲稿共14页物质物质 ()水水589.3 二硫化碳二硫化碳589.3 轻火石玻璃轻火石玻璃589.3 重火石玻璃重火石玻璃830.0 冕玻璃冕玻璃632.8石英石英632.8 磷素磷素589.3几种材料的费尔德常数（单位几种材料的费尔德常数（单位:弧分弧分/特斯拉特斯拉厘米）厘米）第8页，本讲稿共14页1、在激光技术中的光波隔离器或单通器。、在激光技术中的光波隔离器或单通器。2、在激光通讯中的磁光调制器。、在激光通讯中的磁光调制器。4、在电工技术测量中，用来测量电路中的电流和磁场。、在电工技术测量中，用来测量电路中的电流和磁场。三、法拉第效应的应用三、法拉第效应的应用3、在半导体物理中的测量有效质量、迁移率。、在半导体物理中的测量有效质量、迁移率。第9页，本讲稿共14页 四、实验仪器四、实验仪器激激光光器器起起偏偏器器检检偏偏器器探探测测器器电磁铁电磁铁 旋旋光光玻玻璃璃第10页，本讲稿共14页）拿掉检偏器，旋转起偏器使探测器输出数值最大，调节起偏器使其透）拿掉检偏器，旋转起偏器使探测器输出数值最大，调节起偏器使其透光轴方向与部分偏振光较大电矢量方向一致。光轴方向与部分偏振光较大电矢量方向一致。）放入检偏器，并调节样品架前端的旋钮，升起实验样品，并）放入检偏器，并调节样品架前端的旋钮，升起实验样品，并移动样品架，使直径较小的旋光玻璃样品处于磁场中间，并且激移动样品架，使直径较小的旋光玻璃样品处于磁场中间，并且激光完全通过样品，调节检偏器的中心转盘，使得探测器输出最小。光完全通过样品，调节检偏器的中心转盘，使得探测器输出最小。）调节激光器固定架上的两维调节旋钮，使激光斑完全通）调节激光器固定架上的两维调节旋钮，使激光斑完全通过电磁铁的中心孔，调节探测器前端的光阑，使通过电磁铁过电磁铁的中心孔，调节探测器前端的光阑，使通过电磁铁的激光能够完全被探测器接收。的激光能够完全被探测器接收。五、实验步骤五、实验步骤）打开励磁电源，逐渐增加励磁电流，再次调节检偏器的中心）打开励磁电源，逐渐增加励磁电流，再次调节检偏器的中心转盘，使得探测器输出最小。测量并计算出检偏器转过的角度，转盘，使得探测器输出最小。测量并计算出检偏器转过的角度，用游标卡尺测量样品厚度，用特斯拉计测量相应励磁电流对应的磁感用游标卡尺测量样品厚度，用特斯拉计测量相应励磁电流对应的磁感应强度的大小，最后计算样品的费尔德常数。应强度的大小，最后计算样品的费尔德常数。第11页，本讲稿共14页励磁电流（A）磁感应强度 (mT)消光位置（mm）转动角度（min）增加磁场 (mT)（min/mT）费尔德常数费尔德常数=0.500cm六、数据表格六、数据表格 测微头每移动一格，即测微头每移动一格，即0.01mm0.01mm，偏振片转动，偏振片转动1.91.9分。测微头的移动范围分。测微头的移动范围0-10mm0-10mm。第12页，本讲稿共14页七、误差分析七、误差分析弧分/毫特斯拉厘米第13页，本讲稿共14页八、注意事项八、注意事项 在完成法拉第效应实验过程中，注意不可以将眼睛正对在完成法拉第效应实验过程中，注意不可以将眼睛正对激光光源，以免对眼睛造成伤害；激光光源，以免对眼睛造成伤害；第14页，本讲稿共14页