法拉第效应——磁光调制实验.docx

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1、法拉第效应——磁光调制实验王福梅07300190093合作者翦巽指导老师：白翠琴【摘要】：本次实验用Origin对法拉第实验中的数据进行了拟合分析，主要完成了三项工作，一是测量得到了旋转角与磁场大小B的关系，并得到了此条件下的菲德尔常数V;二是得到了单色仪手轮与波长的定标曲线；三是得到了一定磁场大小下菲德尔常数V与波长的关系。【关键词】：法拉第效应，菲德尔常数，旋光角【引言】：1845年，法拉第（M.Faraday）在探索电磁现象和光学现象之间的联系时，发现了一种现象：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中，沿光的传播方向上加上一个磁场，就会观察到光经

2、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，这种现象后来就称为法拉第效应。法拉第效应有很重要的应用。本文用科学软件origin拟合了实验数据，得到了相应的实验结论，并对一些理论进行了验证。【试验装置及原理】：法拉第旋光角为：，其中为色散项，为法拉第旋转角，e/m为电子的荷质比，c为真空中的光速，为光波长，n为材料的折射率，D为磁场与样品介质的有效相互作用长度，B为磁感应轻度，V为磁光介质的菲尔德常数。如上图所示，为实验所使用的装置图，由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长360-800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过

3、电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，入射光与磁场B方向一致。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出入射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表表示光电流的大小，即出射光强的大小。【数据处理与分析】：1，固定波长，测出旋光角和磁场B的关系。电磁铁采用直流供电，磁场和所加电压成立对应关系。由于实验中，在变化磁场大小测量旋光角的过程中，磁场是密封起来的，无法同时测量磁场大小和旋光角。因此，可先测出磁场与所加电压的对应关系，再测出所加电压与旋光角的关系，便可间接知道旋光角和磁场的关系。测得磁场随电压的关系如下，并进行多项式拟合：图1：B~U关系

4、图拟合结果（B的单位为mT,U的单位为V）.改变励磁电压，测出不同电压下的旋光角，把电压值带入以上的拟合公式中，计算得到相应的B，于是得到关系。固定手轮此时的读书为d=4.342mm。表格1：旋转角与磁场的关系U/V81012141618202224/oB/mT365.4808443.14514.07576.90631.11677.10716.14750.37782.83/o4.35.275.987.327.838.859.579.9311.02图2：关系图拟合结果：(的单位为度，B的单位为mT).在相关度还不错的情况下，截距为1.78，分析可知造成这一

5、截距的原因是，实验中数显表的灵敏度比较差，在读取旋转角的时候发现，检偏器在约4度范围内活动，数显表都会显示一个最小的数值，为了使误差较小，每次读数时我们都会在靠近某个方向上数显表刚好要开始从最小变化时读取，这样就会造成读取的旋转角总体的一个偏移。这个活动范围约为4度，那我们这样读数的话就会越造成一个2度的误差，正符合拟合公式总的截距1.78.由公式，得,实验中，则：1，固定磁场强度B，测旋光角和的关系。固定V=16v，代入B~U关系式中，可得B=631.11mT。以钠灯做光源，本实验中的三棱镜单色仪获得的单色光用氢光谱仪进行读取单色仪不同鼓轮下的单色光波

6、长，进而获得单色仪的定标曲线。先不用实验的单色仪，直接用钠灯照射氢光谱仪进行扫描钠灯的光谱。氢光谱仪的单色仪是光栅单色仪。钠灯预热数分钟，倍增管高压调到适合大小，测量得到钠灯的光谱与钠的标准光谱对比：测量值标准值差值平均差值峰1591.65589.02.652.75峰2592.45589.62.85可见实验室中测量得到的钠光谱和标准钠光谱有一定的偏移，这是实验仪器的本身误差造成的，于是实验室中测量得到的定标波长也要做相应的平移。从实验室得到标准的与手轮读数的定标关系：表格2：单色仪获得的单色光波长与单色仪鼓轮读数手轮/mm2.0022.53.03.253

7、.53.754.04.25修正393.2407.2426.9435.7448.7461.2475.7491.2手轮/mm4.54.755.05.25修正509．2.529.2551.7579.2图3：波长与手轮刻度的关系（定标曲线）拟合结果：（波长的单位为nm,鼓轮的单位为mm）,相关度R=0.9998，此时可得到上个步骤中测量关系中的波长为298.2nm.表格3：菲尔德常数与所对应波长的数据手轮/mm2.0022.53.03.253.53.754.04.2512.4812．210.19.338.18.174.983.45/nm393.67407.894

8、25.67436.14447.83460.88475.46491.72V/o/T