克尔效应实验装置图片

❶ 光电效应有哪几种

光电效应
1)概述

在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。

(2)说明

①光电效应的实验规律。

a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。

b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。

几种金属材料的红限波长

金 属 铯 钠 锌 银 铂

红限波长(埃) 6520 5400 3720 2600 1960

d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lO-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。

②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。

爱因斯坦方程是

hυ=(1/2)mv2+I+W

式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。

金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为

hυ=(1/2)mv2+W

假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率(极限频率) υ0。由

hυ0=W确定。相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。

发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。

③利用光电效应可制造光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。

电光效应
电光效应

electro-optical effect

某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。

克尔效应 1875年英国物理学家J.克尔发现，玻璃板在强电场作用下具有双折射性质，称克尔效应。后来发现多种液体和气体都能产生克尔效应。观察克尔效应的实验装置如图所示。内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明 ，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这种迅速动作的性质可用来制造几乎无惯性的光的开关——光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。

❷ 什么是磁光克尔效应

克尔效应 1875年英国物理学家J.克尔发现，玻璃板在强电场作用下具有双折射性质，称克尔效应。后来发现多种液体和气体都能产生克尔效应。观察克尔效应的实验装置如图所示。内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明 ，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这种迅速动作的性质可用来制造几乎无惯性的光的开关——光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。

❸ 克尔效应的相关实验

1845年，Michael Faraday首先发现了磁光效应，他发现当外加磁场加在玻璃样品上时，透射光的偏振面将发生旋转，随后他加磁场于金属表面上做光反射的实验，但由于金属表面并不够平整，因而实验结果不能使人信服。1877年John Kerr在观察偏振光从抛光过的电磁铁磁极反射出来时，发现了磁光克尔效应(magneto-optic Kerr effect)。1985年Moog和Bader两位学者进行铁磁超薄膜的磁光克尔效应测量，成功地得到一原子层厚度磁性物质的磁滞回线，并且提出了以SMOKE来作为表面磁光克尔效应 (surface magneto-optic Kerr effect)的缩写，用以表示应用磁光克尔效应在表面磁学上的研究。由于此方法的磁性测量灵敏度可以达到一个原子层厚度，并且仪器可以配置于超高真空系统上面工作，所以成为表面磁学的重要研究方法。
表面磁性以及由数个原子层所构成的超薄膜和多层膜磁性，是当今凝聚态物理领域中的一个极其重要的研究热点。而表面磁光克尔效应（SMOKE）谱作为一种非常重要的超薄膜磁性原位测量的实验手段，正受到越来越多的重视。并且已经被广泛用于磁有序、磁各向异性以及层间耦合等问题的研究。和其他的磁性测量手段相比较，SMOKE具有以下四个优点：
1．SMOKE的测量灵敏度极高。国际上通用的SMOKE测量装置其探测灵敏度可以达到亚单原子层的磁性。这一点使得SMOKE在磁性超薄膜的研究中有着重要的地位。
2．SMOKE测量是一种无损伤测量。由于探测用的“探针”是激光束，因此不会对样品造成任何破坏，对于需要做多种测量的实验样品来说，这一点非常有利。
3．SMOKE测量到的信息来源于介质上的光斑照射的区域。由于激光光束的束斑可用聚焦到1mm以下，这意味着SMOKE可以进行局域磁性的测量。这一点是其他磁性测量手段诸如振动样品磁强计和铁磁共振所无法比拟的。在磁性超薄膜的研究中，样品的制备是一个周期较长而代价昂贵的过程。有人已经实现在同一块样品上按生长时间不同而制备出厚度不等的锲形磁性薄膜。这样从一块样品上就能够得到磁学性质随薄膜厚度变化的信息，可以大大提高实验效率。无疑，SMOKE的这种局域测量的特点使它成为研究这类不均匀样品的最好工具。
4．相对于其他的磁性测量手段，SMOKE系统的结构比较简单，易于和别的实验设备（特别是超高真空系统）相互兼容。这一点有助于提高它的功能并扩展其研究领域。我们试制的表面磁光克尔效应实验系统可以和超高真空系统相连，所以既可以完成磁性薄膜在大气中的SMOKE测量，也可以完成在超高真空中的SMOKE测量实验。
由于SMOKE能够达到单原子层磁性检测的灵敏度，即相当于能够测量到小于千分之一度的克尔旋转角。因此，对于光源和检测手段提出了很高的要求。国际上比较常见的是用功率输出很稳定的偏振激光器。Bader等人采用的高稳定度偏振激光器，其稳定度小于0.1%。也有用Wollaston棱镜分光的方法，降低对激光功率稳定度的要求。Chappert等人的方案是将从样品出射的光经过Wollaston棱镜分为s和p偏振光，再通过测量它们的比值来消除光强不稳定所造成的影响。但是这种方法的背景信号非常大，对探测器以及后级放大器的要求很高。

❹ 克尔效应的克尔效应实验

[实验目的]演示电致双折射。
[实验原理]
各向同性的介质如玻璃，石蜡，水，硝基苯等，在强电场作用下会表现出各向异性的光学性质，表现出双折射现象。折射率差与电场强度的平方成正比，称为克尔效应。克尔盒的结构如图所示，在两平行平板之间加上高电压，在电场作用下，由于分子的规律排列，这些介质就表现出象单轴晶体那样的光学性质，光轴的方向就与电场的方向对应。当线偏振光沿着与电场垂直的方向通过介质时，分解为两束线偏振光。一束的光矢量沿着电场方向，另一束的光矢量与电场垂直。
[实验装置]
如图所示。
[演示方法]
1.如图在P1和P2之间放入克尔盒，转动P1或者P2至消光位置；
2.接通克尔盒的偏转电源，即可观察到屏幕上有光亮。改变两极板之间的电压，可以观察到屏幕上的光强会随之变化；
3.保持两极板之间的电压不变，旋转P1或者P2，同样可以观察到屏幕上光强变化。
[注意事项]
小心操作，防止电击！
内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明 ，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这种迅速动作的性质可用来制造几乎无惯性的光的开关——光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。

❺ 什么是电光效应（答对给高分）

电光效应

electro-optical effect

某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。

克尔效应 1875年英国物理学家J.克尔发现，玻璃板在强电场作用下具有双折射性质，称克尔效应。后来发现多种液体和气体都能产生克尔效应。观察克尔效应的实验装置如图所示。内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明 ，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这种迅速动作的性质可用来制造几乎无惯性的光的开关——光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。

❻ 克尔效应的注意事项

内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这一种迅速动作性质可用来制造几乎无惯性的光的开关:光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。

❼ 克尔效应的实验原理

各向同性介质比如玻璃，石蜡，水，硝基苯等，在强电场作用中会表现出各向异性的光学性质，表现出了双折射现象。折射率差和电场强度的平方成正比，称之为克尔效应。克尔盒结构如图所示，在两平行平板间加高电压，在电场作用下，因为分子的规律排列，这一些介质就表现出像单轴晶体那样的光学性质，光轴方向就与电场的方向对应。当线偏振光沿着与电场垂直方向通过介质时，分解成两束线偏振光。一束光矢量沿着电场方向，另一束的光矢量与电场垂直。

❽ 磁光克尔效应的磁光克尔转角的测量方法

在实际测量时，通常采用He—Ne激光作为光源，波长λ=632．8 nin．磁光介质样品安放在电磁铁建立的磁场之中，磁场的磁感应强度为4 000 Gs左右．在此条件下，通过偏振分析器可顺利地分析出磁光克尔转角θk的大小，见图2-1．由于测量时光信号十分微弱，采用锁相放大器可大大提高测量的精确度。
图 2-1 磁光克尔转角的测量装置 如图3-1所示，当一束线偏振光入射到不透明样品表面时，如果样品是各向异性的，反射光将变成椭圆偏振光且偏振方向会发生偏转，而如果此时样品还处于铁磁状态，铁磁性还会导致反射光偏振面相对于入射光的偏振面额外再转过一个小的角度，这个小角度称为克尔旋转角θk，即椭圆长轴和参考轴间的夹角。同时，一般而言，由于样品对P偏振光(电场矢量Ep平行于入射面)和s偏振光(电场矢量Ep垂直于入射面)的吸收率是不一样的，即使样品处于非磁状态，反射光的椭偏率也要发生变化，而T铁磁性会导致椭偏率有一个附加的变化，这个变化称为克尔椭偏率εk，即椭圆长短轴之比。
图 3-1 SMOKE原理图
SMOKE系统图如图3-2所示。所用的光源是普通的国产半导体激光器，工作电压为3 V，输出功率为1.5 mw。激光束通过起偏棱镜后变成线偏振光，然后从样品表面反射，经过检偏棱镜进入探测器。检偏棱镜的偏振方向要与起偏棱镜成偏离消光位置一个很小的角度δ不设成完全消光位置而设成近似消光位置是为了区分正负克尔旋转角、在消光位置，无论反射光偏振面是顺时针还是逆时针旋转，反映在光强的变化上都是强度增大。而在近似消光位置，通过检偏棱镜的光线有一个本底光强I。反射光偏振面旋转方向和δ同向时光强增大，反向时光强减小。这样样品的磁化方向可以通过光强的变化来区分。样品放置在磁场中，当外加磁场改变样品磁化强度时，反射光的偏振状态发生改变，通过检偏棱镜的光强也发生变化，根据探测器探测到这个光强的变化就可以推测出样品的磁化状态。在入射光路和接收光路中分别加入了可调光阑以过滤激光束通过光学元件时所产生的散射光，减少杂信号。
图3-2 SMOKE系统
在图3-1的光路中，假设取入射光为P偏振(电场矢量Ep平行于入射面)，当光线从磁化了的样品表面反射时，由于克尔效应，反射光中含有一个很小的垂直Ep的电场分量ES，通常ES<<Ep。在一阶近似下有：ES/Ep = k +iεk此时通过检偏棱镜的光强为：
……………………(3-1)
通常 较小，所以可以取Sin ≈ ，Cos ≈ 1，得到：
…………………………………………………………(3-2)
一般情况下，δ>> k，而 k和εk在一个数量级上，消去二阶项后式(3-2)变为：
...............................................................(3-3)
其中 为无外加磁场时的光强。
式(3-3)移项得在样品达磁饱和状态下克尔旋转角θk为：
………………………………………………………. ..………(3-4)
实际测量时最好测量磁滞回线中正向饱和时的克尔旋转角θk和反向饱和时的克尔旋转角θk，那么
……………………… (3-5)
式(3-5)中，I(+MS)和I(-MS)分别是正负磁饱和状态下的光强。从式(3-5)可以看出，光强的变化ΔI只与克尔旋转角θk有关，而与εk无关．说明在图1这种光路中探测到的克尔信号只是克尔旋转角。由于θk近似正比于磁化强度M，所以可通过对光强的测量，得到磁化强度的相对值。于是，通过改变外加磁场，即得到磁滞回线。
当要测量克尔椭偏率εk时，只要在检偏器前放置一个四分之一波片，它可以产生Π/2的相位差，所以检偏器看到: i(θk+iθk)=-θk+iθk 而不是:εkk+iθk： 因此测量到的信号为克尔椭偏率。
经过推导可得在饱和情况下εk为：
…………………………..(3-6) 本测量系统由以下5部分组成：
(1)光学减震平台。
(2)光路系统，包括输入光路与接收光路。激光器用普通半导体激光器，起偏和检偏棱镜都用格兰一汤普逊棱镜，光电检测装置由孔状可调光阑、干涉滤色片和硅光电池组成。格兰一汤普逊棱镜的机械调节结构由角度粗调和螺旋测角组成，测微头的线位移转变为棱镜转动的角位移。测微头分度值为0.01 mm，转盘分度值为1，通过测微头线位移的角位移定标可知其测量精度在2 左右。
(3)励磁电源主机和可程控电磁铁。励磁电源主机可选择磁场自动和手动扫描。
(4)前级放大器和直流电源组合装置。a)将光电检测装置接收到的克尔信号作前级放大，并送人信号检测主机中。b)将霍耳传感器探测到的磁场强度信号作前级放大并送入检测装置。c)为激光器提供精密稳压电源。
(5)信号检测主机。将前置放大器传来的克尔信号及磁场强度信号进行二级放大，分别经A/D转换后送计算机处理，同时用数字电压表显示克尔信号及磁场强度信号的大小。D/A提供周期为20 s、40 s、80 S准三角波，作为励磁电流自动扫描信号。
3.3 仪器主要部件
(1)磁场均匀的SMOKE测量系统专用电磁铁如图3所示．采用了磁轭、磁头由同一个整体环状圈铁锻打出来的方法，使磁轭形状完全接近磁力线走向，减少了漏磁损失，可以在较少的线圈匝数条件下，在宽气隙中产生磁感应强度高达302 mT的磁场。测量表明该磁场稳定性好且与励磁电流有非常好的线性关系。
(2)高稳定度半导体激光器电源。创新地将半导体激光光源用于SMOKE测量系统．一般文献皆认为，因为SMOKE实验中所探测的信号很小，若光源功率稳定性不够理想，信号就会被淹没在本底涨落中。因此，SMOKE须使用稳定度很高的偏振型氦氖激光器，半导体激光器因稳定性差，谱线宽度较大，不适合用SMOKE的光源．经作者反复研究，半导体激光器稳定性差的主要原因在于其电源稳定性差，为此研制了高稳定度的半导体激光器电源，其稳定度可达0.05%，达到国外进口高稳定度氦氖激光器0.1 稳定度的标准。
(3)在SMOKE实验系统中探测器用硅光电池代替光电倍增管。一般的SMOKE装置对信号的采集与放大多采用光电倍增管，光电倍增管灵敏度比硅光电池高，但光电倍增管必须用高工作电压，使用寿命不如硅光电池。本测量系统用硅光电池代替光电倍增管，因为设计了高稳定度的放大器，所得到的信号稳定度仍然很好，符合实验的要求。
(4)实验系统由用Visual C++编写的控制程序通过一台计算机实现自动控制和测量。根据设置的参数，计算机经D/A卡控制磁场电源和继电器进行磁场扫描。从样品表面反射的光信号以及霍耳传感器探测到的磁场强度信号分别由A/D卡采集，经运算后作图显示，在屏幕上直接呈现磁滞回线的整个扫描过程。
图3-3专用电磁铁 励磁电源可使用20 V和40 V两种三角波交流电压．当使用20 V电压时，实际测量磁铁线圈励磁电流最大值为8.37 A，当使用40 V时，励磁电流最大值为10.8 A。
样品所在处磁感应强度B1与霍耳传感器探测到的磁场强度B2的关系
手动改变励磁电流从0～10.00A变化，每间隔0.5 A用数字式特斯拉计测量电磁铁两极中心处的磁感应强度B，同时记录信号检测主机上霍耳传感器探测到的磁感应强度B的大小，B是以电压大小表示的。实验结果如表3-1所示。
表3-1 Bl与B2的关系 电流/A 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 B1/mT 0 17 35 52 68 85 102 119 135 152 169 B2/V 1.25 1.32 1.38 1.45 1.51 1.57 1.63 1.70 1.76 1.82 1.88 电流/A 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 — B1/mT 186 202 218 233 248 262 275 285 292 302 — B2/V 1.94 2.00 2.05 2.10 2.16 2.22 2.27 2.29 2.32 2.36 — 从表3-1测量数据可看出两磁极间的磁感应强度最大可达302 mT，在整个测量范围内，用计算机求得B1与B2的相关系数为0.997，而在0-8.50 A 的范围内，B1与B2的相关系数为0.999(86)。这说明样品所在位置处的磁感应强度与实验中霍耳传感器在线探测到的磁场强度有很好的线性关系。
3.4.3 发射一接收系统的稳定度
用半导体激光器直接照射接收器(内置硅光电池)，用DT-930 MULTlMETER四位半数字电压表测量其输出电压，每次持续1 min，连续测3次。在测试的60 S内，只是偶见数字表的最后一位跳动。因为DT-930的量程为1.99999 V，仅见最后一位跳动，可见发射-接收系统的最大稳定度不超过0.05%，完全满足实验的要求。
测量的灵敏度
图3-4为NiMn薄膜样品的测量曲线，表3-2是实验数据记录及求出的克尔旋转角大小。可通过它们来检测仪器的稳定度和噪声。
(a)半导体激光器用普通电源供电 (b)半导体激光器用高稳定电源供电
图3-4NiMn薄膜样品在不同电源作用下的测量曲线
表3-2 NiMn薄膜样品在不同电源作用下克尔旋转角的值 电源类型 普通电源 1.45 1.05 1.25 0.40 0.3 0.024 高稳定电源 1.06 1.04 1.05 0.02 0.3 0.0014 由图3-4(a)，(b)及表3-2中的实验数据计算结果对比可看出，半导体激光器用普通电源供电时，其噪声是用高稳定电源供电时的20倍左右，且噪声对应的克尔旋转角与信号的克尔旋转角已经接近在一个数量级上，所以半导体激光器使用普通的电源供电无法进行SMOKE实验。用高稳定度激光器电源供电时，噪声所引起的光强波动为±0.01 V，对应的克尔旋转角为0.001 4，这也是本SMOKE系统的所能达到的灵敏度。
实验结果
利用该系统已测量NiMn薄膜材料的多层膜的磁滞回线，如图3-5所示。表3-3是这种材料的实验数据记录，其中克尔旋转角为: 0.028 2。
表3-3 NiMn薄膜样品实验记录 实验材料 NiMn薄膜 2.02 1.00 1.51 1.02 1.67 0.0282 磁场强度H/（Am）
图3-5 NiMn薄膜的磁滞回线图样
结语
磁光克尔法是测量材料特性特别是薄膜材料物性的一种有效方法，表面磁光克尔效应作为表面磁学的重要实验手段，已被广泛应用于磁有序、磁各向异性、多层膜中的层间耦合以及磁性超薄膜间的相变行为等问题的研究。在本文的实验中用到了SMOKE新型测量系统，它采用普通的半导体激光器作光源，用常见硅光电池进行克尔信号的采集，成功地得到了NiMn薄膜的磁滞回线，且整个系统有较高的检测灵敏度。从本文的测量结果可以看出NiMn多层薄膜有明显的磁滞行为，反应了NiMn多层薄膜比较明显的铁磁特性。