晶体磁光效应实验装置

❶ 法拉第效应的实验原理

法拉第效应是磁场引起介质折射率变化而产生的旋光现象，实验结果表明，光在磁场的作用下通过介质时，光波偏振面转过的角度（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度L及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比，即：
θ=VBL
式中V称为费尔德常数，它表征物质的磁光特性。几种材料的费尔德常数值如下表。
法拉第效应实验装置如图所示。由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。根据出射光强最大(或最小)时检偏器的位置读数即可得出旋光角。检偏器的角度位置读数也由数显表读出。
由经典电子论对色散的解释可得出介质的折射率和入射光频率w 的关系为：
式中ω0是电子的固有频率，磁场作用使电子固有频率改变为（ωL±ω0）（ωL是电子轨道在外磁场中的进动频率）。使折射率变为：
由菲涅耳的旋光理论可知，平面偏振光可看成由两个左、右旋圆偏振迭加而成，上式中的正负号反映了这两个圆偏振光折射率有差异，以R n 和L n 表示。它们通过长度为L的介质后产生的光程差为：
由它们合成的平面偏振光的磁致旋光角为：
通常，nR，nL，和n，相差甚微，故
将此代入上式，又因ωL≪ω可略去ωL项，得：
可见括号项即为费尔德常数，表示V 值和介质在无磁场时的色散率、入射光波长等有关。由马吕斯定律可知，平面偏振光通过磁场中的介质和检偏器后的光强为：
α为检偏器和起偏器透光轴的夹角，θ为法拉第磁致旋光角。当α=π/4时，
若磁场变化则：
表示此时由检偏器输出的光强将随产生磁场的电流i（调制电流）线性地变化，这就是光强度的磁光调制原理。在α=π/4时，dI/d= 1，即此时调制系统的信号检测灵敏度最高，失真最小。

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。