磁光调制实验优秀PPT.ppt

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1、磁光调制实验现在学习的是第1页，共24页实验目的了解磁光调制实验原理；了解磁光调制实验原理；研究磁场与光场相互作用的物理过程；研究磁场与光场相互作用的物理过程；测量磁光效应的旋光特性和调制特性。测量磁光效应的旋光特性和调制特性。2 2现在学习的是第2页，共24页实验原理 磁光效应磁光效应:当平面偏振光穿透某种介质时，若在沿平行于当平面偏振光穿透某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表明其旋转角验表明其旋转角 正比于外加的磁场强度正比于外加的磁场强度B B，这种现象称为法，这种现象称为法拉第拉第(Fmday)

2、(Fmday)效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应。即：效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应。即：式中式中l l为光波在介质中的路径，为光波在介质中的路径，为表征磁致旋光效应特为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德征的比例系数，称为维尔德(Vedet)(Vedet)常数。常数。3 3现在学习的是第3页，共24页磁光效应系统示意图 4 4现在学习的是第4页，共24页磁光效应的应用利用磁光效应在激光技术中可制成磁光调制器、磁利用磁光效应在激光技术中可制成磁光调制器、磁光开关、磁光隔离、磁光偏转器、磁光环行器、磁光开关、磁光隔离、磁光偏转器、磁光环行器、磁光衰减器等功能性磁光器件光衰减器等功能

3、性磁光器件 ，其中磁光调制器最，其中磁光调制器最为典型。磁光调制器又分为直流磁光调制器和交流为典型。磁光调制器又分为直流磁光调制器和交流磁光调制器。世界上任何透明物质都具有法拉第效磁光调制器。世界上任何透明物质都具有法拉第效应，利用法拉第效应可以研究物质的能谱结构知识。应，利用法拉第效应可以研究物质的能谱结构知识。5 5现在学习的是第5页，共24页直流磁光调制直流线圈产生稳恒磁场直流线圈产生稳恒磁场;当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面，穿过当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面，穿过厚度为厚度为 l l 的介质后的介质后,光波的偏振面会发生旋转，实光波的偏振面会发生旋转，实验表明其旋转

4、角验表明其旋转角 正比于外加的磁场强度正比于外加的磁场强度B B:6 6由此可以看出，在直流磁光调制中，维尔德常数由此可以看出，在直流磁光调制中，维尔德常数由此可以看出，在直流磁光调制中，维尔德常数由此可以看出，在直流磁光调制中，维尔德常数 。是常量，。是常量，。是常量，。是常量，l l l l是磁光晶体长度是常量。旋转角是磁光晶体长度是常量。旋转角是磁光晶体长度是常量。旋转角是磁光晶体长度是常量。旋转角 与与与与磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度B B B B的关系是？在这个实的关系是？在这个实的关系是？在这个实的关系是？在这个实验中验中验中验中,我们能测出我们能测出我们能测出我们能测出B B

5、 B B吗吗吗吗?现在学习的是第6页，共24页交流磁光调制7 7 为起偏器为起偏器为起偏器为起偏器P P P P与检偏器与检偏器与检偏器与检偏器A A A A主截面之间的夹角，主截面之间的夹角，主截面之间的夹角，主截面之间的夹角，I I I I0 0 0 0为光强的幅值，为光强的幅值，为光强的幅值，为光强的幅值，当线圈通以交流电信号当线圈通以交流电信号当线圈通以交流电信号当线圈通以交流电信号设调制线圈产生的磁场为设调制线圈产生的磁场为设调制线圈产生的磁场为设调制线圈产生的磁场为则介质相应地会产生旋转角则介质相应地会产生旋转角则介质相应地会产生旋转角则介质相应地会产生旋转角设起偏器与检偏器的夹角

6、为设起偏器与检偏器的夹角为设起偏器与检偏器的夹角为设起偏器与检偏器的夹角为 ，初始入射光强为初始入射光强为初始入射光强为初始入射光强为 ，则从检偏器输出的，则从检偏器输出的，则从检偏器输出的，则从检偏器输出的光强为：光强为：光强为：光强为：现在学习的是第7页，共24页公式中:为起偏器和检偏器的夹角;为调制深度控制的角度;现在学习的是第8页，共24页9 9当当=90=90时，上式变为：时，上式变为：当当=0=0时，上式变为：时，上式变为：可以可以得到倍频分量，条件是：得到倍频分量，条件是：=0=0或或9090现在学习的是第9页，共24页磁光调制的基本参量调制深度调制深度 式中Imax和Imin,

7、分别为调制输出光强的最大和最小值 1010 调制角幅度调制角幅度现在学习的是第10页，共24页实验仪器及注意事项检偏与光电接受组件检偏与光电接受组件 锥体可调圆盘用以粗调检偏器的角度，在交流调制时调节，后面的精密测微量角器，用以细调检偏器的旋角，在直流调节时用。1111现在学习的是第11页，共24页1212 注意：做交流调制时，先将“直流励磁”置于“关”，否则，长时间加电过热发烫甚至烧坏。实验仪前面板实验仪前面板实验仪前面板实验仪前面板现在学习的是第12页，共24页注意：“调制输出”输出的是交流信号 “励磁输出”输出的是直流流信号 两接口不要接反，否则会烧坏线圈1313 主控单元后面板主控单元

8、后面板主控单元后面板主控单元后面板现在学习的是第13页，共24页实验内容及测试方法调出磁光调制倍频现象测出直流磁光调制I曲线方法一：方法一：方法一：方法一：消光法消光法消光法消光法：直接消光法测量。直接消光法测量。直接消光法测量。直接消光法测量。方法二：方法二：方法二：方法二：交流倍频法交流倍频法交流倍频法交流倍频法采用在交流磁光调制下出现的标准倍频现象做为采用在交流磁光调制下出现的标准倍频现象做为采用在交流磁光调制下出现的标准倍频现象做为采用在交流磁光调制下出现的标准倍频现象做为基准，通过示波器波形间接测量消光位置。基准，通过示波器波形间接测量消光位置。基准，通过示波器波形间接测量消光位置。

9、基准，通过示波器波形间接测量消光位置。现在学习的是第14页，共24页1515 消光法消光法消光法消光法：起、检偏器透光轴垂直时，消光；加直流磁光调制，光偏转：起、检偏器透光轴垂直时，消光；加直流磁光调制，光偏转：起、检偏器透光轴垂直时，消光；加直流磁光调制，光偏转：起、检偏器透光轴垂直时，消光；加直流磁光调制，光偏转一角度，则消光现象消失；再转动检偏器出现消光，此时，检偏器转一角度，则消光现象消失；再转动检偏器出现消光，此时，检偏器转一角度，则消光现象消失；再转动检偏器出现消光，此时，检偏器转一角度，则消光现象消失；再转动检偏器出现消光，此时，检偏器转过的角度就是磁光调制使光偏振面旋转的角度。

10、过的角度就是磁光调制使光偏振面旋转的角度。过的角度就是磁光调制使光偏振面旋转的角度。过的角度就是磁光调制使光偏振面旋转的角度。交流倍频法测直流磁光调制：交流倍频法测直流磁光调制：交流倍频法测直流磁光调制：交流倍频法测直流磁光调制：以交流磁光调制出现的标准倍频以交流磁光调制出现的标准倍频以交流磁光调制出现的标准倍频以交流磁光调制出现的标准倍频现象做为基准，检偏器只有在直流调制消光位置时，才出现现象做为基准，检偏器只有在直流调制消光位置时，才出现现象做为基准，检偏器只有在直流调制消光位置时，才出现现象做为基准，检偏器只有在直流调制消光位置时，才出现倍频信号（倍频信号（倍频信号（倍频信号（此倍频信号

11、可以通过示波器观察，灵敏度高于光强此倍频信号可以通过示波器观察，灵敏度高于光强此倍频信号可以通过示波器观察，灵敏度高于光强此倍频信号可以通过示波器观察，灵敏度高于光强），），），），由此可用示波器上出现的倍频信号来精确确定直流调制消光位置。由此可用示波器上出现的倍频信号来精确确定直流调制消光位置。由此可用示波器上出现的倍频信号来精确确定直流调制消光位置。由此可用示波器上出现的倍频信号来精确确定直流调制消光位置。通过调节检偏器，重复出现的标准倍频现象来判断磁致旋转角变通过调节检偏器，重复出现的标准倍频现象来判断磁致旋转角变通过调节检偏器，重复出现的标准倍频现象来判断磁致旋转角变通过调节检偏器，重

12、复出现的标准倍频现象来判断磁致旋转角变化角度。化角度。化角度。化角度。交流倍频法相对于消光法，现象明显，检偏器位置准确，能精确交流倍频法相对于消光法，现象明显，检偏器位置准确，能精确交流倍频法相对于消光法，现象明显，检偏器位置准确，能精确交流倍频法相对于消光法，现象明显，检偏器位置准确，能精确测定测定测定测定 B B B B的关系。的关系。的关系。的关系。现在学习的是第15页，共24页实验内容及主要步骤1 1、打开调制幅度和解调幅度开关，将二者均调到最、打开调制幅度和解调幅度开关，将二者均调到最大（解调幅度始终保持最大，保证实验成功率）大（解调幅度始终保持最大，保证实验成功率）、光路准直、光路

13、准直、交流调制调节：、交流调制调节：（1 1）检偏器的精密测角器盘预置在检偏器的精密测角器盘预置在0 0位；位；（2 2）插入起偏器插入起偏器(P P)，仪器电源打开，调制加载和直流，仪器电源打开，调制加载和直流励磁开关处于励磁开关处于“关关”状态，调节起偏器，使通过起偏状态，调节起偏器，使通过起偏器后的光强较强；器后的光强较强；(3)(3)调节检偏器，起偏检偏正交，消光，输出光强值调节检偏器，起偏检偏正交，消光，输出光强值小于小于0.10.11616现在学习的是第16页，共24页1717（4 4）插入磁光调制器，使激光束正射透过。打开插入磁光调制器，使激光束正射透过。打开调制加载开关，将调制

14、幅度和解调幅度调至最调制加载开关，将调制幅度和解调幅度调至最大。再次仔细调节检偏器粗调盘，使接收光强大。再次仔细调节检偏器粗调盘，使接收光强接近于接近于0 0（达到最小，应该在达到最小，应该在0.10.1以下以下），这），这时时P P A A；同时观察示波器，解调波形幅度最小；同时观察示波器，解调波形幅度最小时出现倍频现象，即解调信号频率是调制信号时出现倍频现象，即解调信号频率是调制信号频率的两倍。频率的两倍。注意：注意：为了调出倍频现象，应该把调制幅度和为了调出倍频现象，应该把调制幅度和解调幅度先调到最大，调出倍频后再根据解调幅度先调到最大，调出倍频后再根据需要减小。需要减小。现在学习的是第

15、17页，共24页 4、直流磁光调制、直流磁光调制 （1 1）在交流磁光调制）在交流磁光调制倍频状态倍频状态下，将励磁电磁下，将励磁电磁铁铁(M)(M)置于光具座上，粗调盘不得再转动，记录精置于光具座上，粗调盘不得再转动，记录精密测角器读数为密测角器读数为 1 1 ；（2 2）开启直流励磁开关，适当增加励磁强度，使励）开启直流励磁开关，适当增加励磁强度，使励磁线圈通以直流电流磁线圈通以直流电流I IDCDC ，此时原来的倍频现象消失，此时原来的倍频现象消失，再细调检偏器的精密测角器使光强读数恢复近于再细调检偏器的精密测角器使光强读数恢复近于0 0，重新出现倍频现象，重新出现倍频现象，记下前后测角

16、器度盘读数记下前后测角器度盘读数 2 2，其差值绝对值其差值绝对值|2 2 1 1|即为偏振面的旋角即为偏振面的旋角 。1818现在学习的是第18页，共24页直流调制数据记录直流电流IDC(A)0.30.60.91.21.5 2偏转角=|2 1|1919初始角初始角 1=作 B B(IDC)曲线。IDC通过励磁电流表读出。IDC单位：A现在学习的是第19页，共24页读数问题顺时针转时：读数应为0，1，2，逆时针转时：读数应为90，89，88，精密刻度盘上精度为22020现在学习的是第20页，共24页问题直流磁光调制为何在交流磁光调制倍频状态下做？这样做有何好处？2121现在学习的是第21页，共

17、24页倍频法做直流磁光调制实验优势 如果不用倍频法做直流磁光调制实验，则偏振面的磁致旋转角通过消光法测得，由检偏器在平面偏振光振动方向变化前后的消光位置来确定。由于消光位置附近光强变化率较小，检偏器的精度不够，确定精确消光位置较困难，这样也就影响了磁致旋转角的精确测量。采用在交流磁光调制出现的标准倍频现象做为基准，检偏器在只有消光位置时，出现倍频信号，由此可用出现倍频信号来确定消光位置。通过调节检偏器，重复出现的标准倍频现象来判断磁致旋转角变化角度，现象明显，检偏器位置准确，就能精确测定 B B的曲线关系。2222现在学习的是第22页，共24页实验内容总结直流磁光调制,表格2,测量不同直流电流下的重火石旋转角,作出作出与与B(IDC)的曲线关系的曲线关系.2323现在学习的是第23页，共24页实验注意事项调节过程中也应避免激光直射人眼，以免对眼睛造成危害。调节半导体激光器功率时，不要用力过大而损坏功率调节旋钮。禁止用手触及光学零件的透光表面。交流调制做完后到老师去领重火石，做完实验交还。重火石易脆，拿放小心，损坏要赔偿，一个200多元。实验结束后,关闭调制与直流励磁开关,将所有旋钮放到最小,请同学们思考为什么?2424现在学习的是第24页，共24页