法拉第磁光效應(yīng)實驗

1、5.16 法拉第磁光效應(yīng)實驗1845年，法拉第（M.Faraday）在探索電磁現(xiàn)象和光學(xué)現(xiàn)象之間的聯(lián)系時，發(fā)現(xiàn)了一種現(xiàn)象：當一束平面偏振光穿過介質(zhì)時，如果在介質(zhì)中，沿光的傳播方向上加上一個磁場，就會觀察到光經(jīng)過樣品后偏振面轉(zhuǎn)過一個角度，即磁場使介質(zhì)具有了旋光性，這種現(xiàn)象后來就稱為法拉第效應(yīng)。法拉第效應(yīng)第一次顯示了光和電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系，促進了對光本性的研究。之后費爾德（Verdet）對許多介質(zhì)的磁致旋光進行了研究，發(fā)現(xiàn)了法拉第效應(yīng)在固體、液體和氣體中都存在。 法拉第效應(yīng)有許多重要的應(yīng)用，尤其在激光技術(shù)發(fā)展后，其應(yīng)用價值越來越受到重視。如用于光纖通訊中的磁光隔離器，是應(yīng)用法拉第效應(yīng)中偏振面的旋轉(zhuǎn)

2、只取決于磁場的方向，而與光的傳播方向無關(guān)，這樣使光沿規(guī)定的方向通過同時阻擋反方向傳播的光，從而減少光纖中器件表面反射光對光源的干擾；磁光隔離器也被廣泛應(yīng)用于激光多級放大和高分辨率的激光光譜，激光選模等技術(shù)中。在磁場測量方面，利用法拉第效應(yīng)馳豫時間短的特點制成的磁光效應(yīng)磁強計可以測量脈沖強磁場、交變強磁場。在電流測量方面，利用電流的磁效應(yīng)和光纖材料的法拉第效應(yīng)，可以測量幾千安培的大電流和幾兆伏的高壓電流。磁光調(diào)制主要應(yīng)用于光偏振微小旋轉(zhuǎn)角的測量技術(shù)，它是通過測量光束經(jīng)過某種物質(zhì)時偏振面的旋轉(zhuǎn)角度來測量物質(zhì)的活性，這種測量旋光的技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)和醫(yī)療中有廣泛的用途，在生物和化學(xué)領(lǐng)域以及新興的生

3、命科學(xué)領(lǐng)域中也是重要的測量手段。如物質(zhì)的純度控制、糖分測定；不對稱合成化合物的純度測定；制藥業(yè)中的產(chǎn)物分析和純度檢測；醫(yī)療和生化中酶作用的研究；生命科學(xué)中研究核糖和核酸以及生命物質(zhì)中左旋氨基酸的測量；人體血液中或尿液中糖份的測定等。在工業(yè)上，光偏振的測量技術(shù)可以實現(xiàn)物質(zhì)的在線測量；在磁光物質(zhì)的研制方面，光偏振旋轉(zhuǎn)角的測量技術(shù)也有很重要的應(yīng)用。5.16.1 實驗要求1實驗重點 用特斯拉計測量電磁鐵磁頭中心的磁感應(yīng)強度，分析線性范圍。 法拉第效應(yīng)實驗：正交消光法檢測法拉第旋光玻璃的費爾德常數(shù)。 磁光調(diào)制實驗：熟悉磁光調(diào)制的原理，理解倍頻法精確測定消光位置。 磁光調(diào)制倍頻法研究法拉第效應(yīng)，精確測量不

4、同樣品的費爾德常數(shù)。2預(yù)習(xí)要點 什么是法拉第效應(yīng)？法拉第效應(yīng)有何重要應(yīng)用？ 了解順磁、弱磁、抗磁性、鐵磁性或亞鐵磁性材料的基本特性，以及費爾德常數(shù)V與磁光材料性質(zhì)的關(guān)系。 比較法拉第磁光效應(yīng)與固有旋光效應(yīng)的異同。磁光調(diào)制過程中，調(diào)制信號與輸入信號之間的函數(shù)關(guān)系。5.16.2 實驗原理1法拉第效應(yīng)實驗表明，在磁場不是非常強時，如圖5.16.1所示，偏振面旋轉(zhuǎn)的角度q 與光波在介質(zhì)中走過的路程d及介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度在光的傳播方向上的分量B成正比，即：q =VBd （5.16.1）比例系數(shù)V由物質(zhì)和工作波長決定，表征著物質(zhì)的磁光特性，這個系數(shù)稱為費爾德（Verdet）常數(shù)。費爾德常數(shù)V與磁光材料的性

5、質(zhì)有關(guān)，對于順磁、弱磁和抗磁性材料（如重火石玻璃等），V為常數(shù)，即與磁場強度有線性關(guān)系；而對鐵磁性或亞鐵磁性材料（如YIG等立方晶體材料），與不是簡單的線性關(guān)系。圖5.16.1 法拉磁致旋光效應(yīng)表5.16.1為幾種物質(zhì)的費爾德常數(shù)。幾乎所有物質(zhì)（包括氣體、液體、固體）都存在法拉第效應(yīng)，不過一般都不顯著。不同的物質(zhì)，偏振面旋轉(zhuǎn)的方向也可能不同。習(xí)慣上規(guī)定，以順著磁場觀察偏振面旋轉(zhuǎn)繞向與磁場方向滿足右手螺旋關(guān)系的稱為“右旋”介質(zhì)，其費爾德常數(shù)V>0；反向旋轉(zhuǎn)的稱為“左旋”介質(zhì)，費爾德常數(shù)V<0。對于每一種給定的物質(zhì)，法拉第旋轉(zhuǎn)方向僅由磁場方向決定，而與光的傳播方向無關(guān)（不管傳播方向與磁

6、場同向或者反向），這是法拉第磁光效應(yīng)與某些物質(zhì)的固有旋光效應(yīng)的重要區(qū)別。固有旋光效應(yīng)的旋光方向與光的傳播方向有關(guān)，即隨著順光線和逆光線的方向觀察，線偏振光的偏振面的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，因此當光線往返兩次穿過固有旋光物質(zhì)時，線偏振光的偏振面沒有旋轉(zhuǎn)。而法拉第效應(yīng)則不然，在磁場方向不變的情況下，光線往返穿過磁致旋光物質(zhì)時，法拉第旋轉(zhuǎn)角將加倍。利用這一特性，可以使光線在介質(zhì)中往返數(shù)次，從而使旋轉(zhuǎn)角度加大。這一性質(zhì)使得磁光晶體在激光技術(shù)、光纖通信技術(shù)中獲得重要應(yīng)用。表5.16.1 幾種材料的費爾德常數(shù)（單位：弧分/特斯拉·厘米）物質(zhì)l（mm）V水589.31.31102二硫化碳589.34.1

7、7102輕火石玻璃589.33.17102重火石玻璃830.0810210102冕玻璃632.84.361027.27102石英632.84.83102磷素589.312.3102與固有旋光效應(yīng)類似，法拉第效應(yīng)也有旋光色散，即費爾德常數(shù)隨波長而變，一束白色的線偏振光穿過磁致旋光介質(zhì)，則紫光的偏振面要比紅光的偏振面轉(zhuǎn)過的角度大，這就是旋光色散。實驗表明，磁致旋光物質(zhì)的費爾德常數(shù)V隨波長l 的增加而減?。ㄈ鐖D5.16.2），旋光色散曲線又稱為法拉第旋轉(zhuǎn)譜。圖5.16.2 磁致旋光色散曲線2法拉第效應(yīng)的唯象解釋從光波在介質(zhì)中傳播的圖象看，法拉第效應(yīng)可以做如下理解：一束平行于磁場方向傳播的線偏振光，可

8、以看作是兩束等幅左旋和右旋圓偏振光的迭加。這里左旋和右旋是相對于磁場方向而言的。圖5.16.3 法拉第效應(yīng)的唯象解釋如果磁場的作用是使右旋圓偏振光的傳播速度c / nR 和左旋圓偏振光的傳播速度c / nL不等，于是通過厚度為的介質(zhì)后，便產(chǎn)生不同的相位滯后： ， （5.16.2）式中l(wèi) 為真空中的波長。這里應(yīng)注意，圓偏振光的相位即旋轉(zhuǎn)電矢量的角位移；相位滯后即角位移倒轉(zhuǎn)。在磁致旋光介質(zhì)的入射截面上，入射線偏振光的電矢量E可以分解為圖5.16.3(a)所示兩個旋轉(zhuǎn)方向不同的圓偏振光ER和EL，通過介質(zhì)后，它們的相位滯后不同，旋轉(zhuǎn)方向也不同，在出射界面上，兩個圓偏振光的旋轉(zhuǎn)電矢量如圖5.16.3(

9、b)所示。當光束射出介質(zhì)后，左、右旋圓偏振光的速度又恢復(fù)一致，我們又可以將它們合成起來考慮，即仍為線偏振光。從圖上容易看出，由介質(zhì)射出后，兩個圓偏振光的合成電矢量E的振動面相對于原來的振動面轉(zhuǎn)過角度q，其大小可以由圖5.16.3(b)直接看出，因為 （5.16.3）所以 （5.16.4）由（6.16.2）式得 （5.16.5）當nR > nL時，q >0，表示右旋；當nR < nL時，q >0，表示左旋。假如nR和nL的差值正比于磁感應(yīng)強度B，由（5.16.5）式便可以得到法拉第效應(yīng)公式（5.16.1）。式中的為單位長度上的旋轉(zhuǎn)角，稱為比法拉第旋轉(zhuǎn)。因為在鐵磁或者亞鐵磁

10、等強磁介質(zhì)中，法拉第旋轉(zhuǎn)角與外加磁場不是簡單的正比關(guān)系，并且存在磁飽和，所以通常用比法拉第旋轉(zhuǎn)q F的飽和值來表征法拉第效應(yīng)的強弱。式(5.16.5)也反映出法拉第旋轉(zhuǎn)角與通過波長l 有關(guān)，即存在旋光色散。微觀上如何理解磁場會使左旋、右旋圓偏振光的折射率或傳播速度不同呢？上述解釋并沒有涉及這個本質(zhì)問題，所以稱為唯象理論。從本質(zhì)上講，折射率nR和nL的不同，應(yīng)歸結(jié)為在磁場作用下，原子能級及量子態(tài)的變化。這已經(jīng)超出了我們所要討論的范圍，具體理論可以查閱相關(guān)資料。其實，從經(jīng)典電動力學(xué)中的介質(zhì)極化和色散的振子模型也可以得到法拉第效應(yīng)的唯象理解。在這個模型中，把原子中被束縛的電子看做是一些偶極振子，把光

11、波產(chǎn)生的極化和色散看作是這些振子在外場作用下做強迫振動的結(jié)果?，F(xiàn)在除了光波以外，還有一個靜磁場作用在電子上，于是電子的運動方程是 （5.16.6）式中是電子離開平衡位置的位移，m和e分別為電子的質(zhì)量和電荷， k是這個偶極子的彈性恢復(fù)力。上式等號右邊第一項是光波的電場對電子的作用，第二項是磁場作用于電子的洛侖茲力。為簡化起見，略去了光波中磁場分量對電子的作用及電子振蕩的阻尼（當入射光波長位于遠離介質(zhì)的共振吸收峰的透明區(qū)時成立），因為這些小的效應(yīng)對于理解法拉第效應(yīng)的主要特征并不重要。假定入射光波場具有通常的簡諧波的時間變化形式eiwt，因為我們要求的特解是在外加光波場作用下受迫振動的穩(wěn)定解，所以的

12、時間變化形式也應(yīng)是eiwt，因此式（5.16.6）可以寫成 （5.16.7）式中，為電子共振頻率。設(shè)磁場沿 +z方向，又設(shè)光波也沿此方向傳播并且是右旋圓偏振光，用復(fù)數(shù)形式表示為將式（5.16.7）寫成分量形式 （5.16.8） （5.16.9）將式（5.16.9）乘并與式（5.16.8）相加可得 （5.16.10）因此，電子振蕩的復(fù)振幅為 （5.16.11）設(shè)單位體積內(nèi)有N個電子，則介質(zhì)的電極化強度矢量。由宏觀電動力學(xué)的物質(zhì)關(guān)系式（c 為有效的極化率張量）可得 （5.16.12）將式（5.16.10）代入式（5.16.12）得到 （5.16.13）令wc=eB/m（wc稱為回旋加速角頻率），則

13、 （5.16.14）由于，因此 （5.16.15）對于可見光，w為（2.5-4.7）´1015s-1，當B=1T時，wc1.7´1011s-1 <<w，這種情況下式（5.16.15）可以表示為 （5.16.16）式中wL= wc/2=(e/2m)B,為電子軌道磁矩在外磁場中經(jīng)典拉莫爾（Larmor）進動頻率。 若入射光改為左旋圓偏振光，結(jié)果只是使wL前的符號改變，即有 （5.16.17）對比無磁場時的色散公式 （5.16.18）可以看到兩點：一是在外磁場的作用下，電子做受迫振動，振子的固有頻率由w0變成w0±wL，這正對應(yīng)于吸收光譜的塞曼效應(yīng)；二是由于

14、w0的變化導(dǎo)致了折射率的變化，并且左旋和右旋圓偏振的變化是不相同的，尤其在w 接近w0時，差別更為突出，這便是法拉第效應(yīng)。由此看來，法拉第效應(yīng)和吸收光譜的塞曼效應(yīng)是起源于同一物理過程。實際上，通常nL、nR和n相差甚微，近似有 （5.16.19）由式（5.16.5）得到 （5.16.20）將式（5.16.19）代入上式得到 （5.16.21）將式（5.16.16）、式（5.16.17）、式（5.16.18）代入上式得到 （5.16.22）由于，在上式的推導(dǎo)中略去了項。由式（5.16.18）得 （5.16.23）由式（5.16.22）和式（5.16.23）可以得到 （5.16.24）式中l(wèi) 為觀

15、測波長，為介質(zhì)在無磁場時的色散。在上述推導(dǎo)中，左旋和右旋只是相對于磁場方向而言的，與光波的傳播方向同磁場方向相同或相反無關(guān)。因此，法拉第效應(yīng)便有與自然旋光現(xiàn)象完全不同的不可逆性。3磁光調(diào)制原理根據(jù)馬呂斯定律，如果不計光損耗，則通過起偏器，經(jīng)檢偏器輸出的光強為 （5.16.25）式中，I0為起偏器同檢偏器的透光軸之間夾角a =0或a =p 時的輸出光強。若在兩個偏振器之間加一個由勵磁線圈（調(diào)制線圈）、磁光調(diào)制晶體和低頻信號源組成的低頻調(diào)制器（參見圖5.16.4），則調(diào)制勵磁線圈所產(chǎn)生的正弦交變磁場B=B0sinwt，能夠使磁光調(diào)制晶體產(chǎn)生交變的振動面轉(zhuǎn)角q= q0sinwt，q0稱為調(diào)制角幅度。

16、此時輸出光強由式（5.16.25）變?yōu)?（5.16.26）由式（5.16.26）可知，當a 一定時，輸出光強I僅隨q 變化，因為q 是受交變磁場B或信號電流i=i0sinwt控制的，從而使信號電流產(chǎn)生的光振動面旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為光的強度調(diào)制，這就是磁光調(diào)制的基本原理。圖5.16.4 磁光調(diào)制裝置根據(jù)倍角三角函數(shù)公式由式（5.16.26）可以得到 （5.16.27）顯然，在的條件下，當q=-q0 時輸出光強最大，即 （5.16.28）當q=q0時，輸出光強最小，即 （5.16.29）定義光強的調(diào)制幅度 （5.16.30）由式（5.16.28）和式（5.16.29）代入上式得到 （5.16.31）由上式

17、可以看出，在調(diào)制角幅度q0一定的情況下，當起偏器和檢偏器透光軸夾角a=45°時，光強調(diào)制幅度最大 （5.16.32）所以，在做磁光調(diào)制實驗時，通常將起偏器和檢偏器透光軸成45°角放置，此時輸出的調(diào)制光強由式（5.16.27）知 （5.16.33）當a=90°時，即起偏器和檢偏器偏振方向正交時，輸出的調(diào)制光強由式（5.16.26）知 （5.16.34）當a=0°，即起偏器和檢偏器偏振方向平行時，輸出的調(diào)制光強由式（5.16.26）知 （5.16.35）若將輸出的調(diào)制光強入射到硅光電池上，轉(zhuǎn)換成光電流，在經(jīng)過放大器放大輸入示波器，就可以觀察到被調(diào)制了的信號。

18、當a=45°時，在示波器上觀察到調(diào)制幅度最大的信號，當a=0°或a=90°，在示波器上可以觀察到由式（5.16.34）和式（5.16.35）決定的倍頻信號。但是因為一般都很小，由式（5.16.34）和式（5.16.35）可知，輸出倍頻信號的幅度分別接近于直流分量0或I0。4磁光調(diào)制器的光強調(diào)制深度磁光調(diào)制器的光強調(diào)制深度h定義為 （5.16.36）實驗中，一般要求在a=45°位置時，測量調(diào)制角幅度q0和光強調(diào)制深度h，因為此時調(diào)制幅度最大。當a=45°，q=-q0時，磁光調(diào)制器輸出最大光強，由式（5.16.33）知 （5.16.37）當a=45

19、°，q=+q0 時，磁光調(diào)制器輸出最小光強，由式（5.16.33）知 （5.16.38）由式（5.16.37）和式（5.16.38）得Imax-Imax =I0sin2q0，Imax+Imax =I0所以有 （5.16.39）調(diào)制角幅度q0 為 （5.16.40）由式（5.16.39）和式（5.16.40）可以知道，測得磁光調(diào)制器的調(diào)制角幅度q0，就可以確定磁光調(diào)制器的光強調(diào)制深度h，由于q0 隨交變磁場B的幅度Bm連續(xù)可調(diào)，或者說隨輸入低頻信號電流的幅度i0連續(xù)可調(diào)，所以磁光調(diào)制器的光強調(diào)制深度i0連續(xù)可調(diào)。只要選定調(diào)制頻率f（如f=500Hz）和輸入勵磁電流i0，并在示波器上讀出

20、在a=45°狀態(tài)下相應(yīng)的Imax和Imin。將讀出的Imax和Imin值，代入式（5.16.39）和式（5.16.40），即可以求出光強調(diào)制深度h 和調(diào)制角幅度q0。逐漸增大勵磁電流i0測量不同磁場B0或電流i0下的Imax和Imin值，做出q0 i0和h i0曲線圖，其飽和值即為對應(yīng)的最大調(diào)制幅度(q0)max和最大光強調(diào)制幅度hmax。5.16.3 儀器介紹FD-MOC-A磁光效應(yīng)綜合實驗儀包括：導(dǎo)軌滑塊光學(xué)部件、兩個控制主機、直流可調(diào)穩(wěn)壓電源、雙蹤示波器。光學(xué)元件的放置如圖5.16.5所示，分別安裝有激光器、起偏器、檢偏器、測角器（含偏振片）、調(diào)制線圈、會聚透鏡、探測器、電磁鐵

21、。直流可調(diào)穩(wěn)壓電源通過四根連接線與電磁鐵相連，電磁鐵既可以串連，也可以并聯(lián)，具體連接方式及磁場方向可以通過特斯拉計測量確定。圖5.16.5 實驗裝置圖1調(diào)零旋鈕 2接特斯拉計探頭 3調(diào)節(jié)信號頻率 4調(diào)節(jié)信號幅度 5接示波器，觀察調(diào)制信號 6激光器電源 7電源開關(guān) 8調(diào)制信號輸出，接調(diào)制線圈 9特斯拉計測量數(shù)值顯示面板圖5.16.6(a) 控制主機（特斯拉計）兩個控制主機共包括五部分：特斯拉計、調(diào)制信號發(fā)生器、激光器電源、光功率計和選頻放大器。其中特斯拉計及信號發(fā)生器的面板如圖5.16.6(a)所示，光功率計和選頻放大器面板如圖5.16.6(b)所示。1琴鍵換檔開關(guān) 2調(diào)零旋鈕 3基頻信號輸入端

22、，接光電接收器 4倍頻信號輸入端，接光電接收器 5接示波器，觀察基頻信號6接示波器，觀察倍頻信號 7電源開關(guān) 8光功率計輸入端，接光電接收器 9光功率計表頭顯示圖5.16.6(b) 控制主機（光功率計）5.16.4 實驗內(nèi)容1電磁鐵磁頭中心磁場的測量（圖5.16.7） 將直流穩(wěn)壓電源的兩輸出端（“紅”“黑”兩端）用四根帶紅黑手槍插頭的連接線與電磁鐵相連，注意：一般情況下，電磁鐵兩線圈并聯(lián)(應(yīng)預(yù)先判斷單個磁極的方向)。 調(diào)節(jié)兩個磁頭上端的固定螺絲，使兩個磁頭中心對準（驗證標準為中心孔完全通光），并使磁頭間隙為一定數(shù)值，如：20mm或者10mm。 將特斯拉計探頭與裝有特斯拉計的磁光效應(yīng)綜合實驗儀主

23、機對應(yīng)五芯航空插座相連，另外一端通過探頭臂固定在電磁鐵上，并使探頭處于兩個磁頭正中心，旋轉(zhuǎn)探頭方向，使磁力線垂直穿過探頭前端的霍爾傳感器，這樣測量出的磁感應(yīng)強度最大，對應(yīng)特斯拉計此時測量最準確。圖5.16.7 磁場測量實驗裝置連接示意 調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的電流調(diào)節(jié)電位器，使電流逐漸增大，并記錄不同電流情況下的磁感應(yīng)強度。然后列表畫圖分析電流中心磁感應(yīng)強度的線性變化區(qū)域，并分析磁感應(yīng)強度飽和的原因。2正交消光法測量法拉第效應(yīng)實驗（圖5.16.8） 將半導(dǎo)體激光器、起偏器、透鏡、電磁鐵、檢偏器、光電接收器依次放置在光學(xué)導(dǎo)軌上； 將半導(dǎo)體激光器與主機上“3V輸出”相連，將光電接收器與光功率計的“輸入”

24、端相連；圖5.16.8 正交消光法測量法拉第效應(yīng)實驗裝置連接示意 將恒流電源與電磁鐵相連（注意電磁鐵兩個線圈一般選擇并聯(lián)）； 在磁頭中間放入實驗樣品，樣品共兩種，這里選擇費爾德常數(shù)比較大的法拉第旋光玻璃樣品。 調(diào)節(jié)激光器，使激光依次穿過起偏器、透鏡、磁鐵中心、樣品、檢偏器，并能夠被光電接收器接收；連接光路和主機，先拿去檢偏器，調(diào)節(jié)激光器，使激光斑正好入射進光電探測器（可以調(diào)節(jié)探測器前的光闌孔的大小，使激光完全入射進光電探測器），轉(zhuǎn)動起偏器，使光功率計輸出數(shù)值最大（可以換檔調(diào)節(jié)），這樣調(diào)節(jié)是因為，半導(dǎo)體激光器輸出的是部分偏振光，所以實驗前應(yīng)該使起偏器的起偏方向和激光器的振動方向較強的方向一致，這

25、樣輸出光強最大，以后的實驗中就可以固定起偏器的方向。 由于半導(dǎo)體激光器為部分偏振光，可調(diào)節(jié)起偏器來調(diào)節(jié)輸入光強的大小；調(diào)節(jié)檢偏器，使其與起偏器偏振方向正交，這時檢測到的光信號為最小，讀取此時檢偏器的角度q1； 打開恒流電源，給樣品加上恒定磁場，可看到光功率計讀數(shù)增大，轉(zhuǎn)動檢偏器，使光功率計讀數(shù)為最小，讀取此時檢偏器的角度q2，得到樣品在該磁場下的偏轉(zhuǎn)角q=q2-q1； 關(guān)掉半導(dǎo)體激光器，取下樣品，用高斯計測量磁隙中心的磁感應(yīng)強度B，用游標卡尺測量樣品厚度d，根據(jù)公式：q=VBd，可以求出該樣品的費爾德常數(shù)V。3磁光調(diào)制實驗（圖5.16.9）圖5.16.9 磁光調(diào)制實驗裝置連接示意 將激光器、起

26、偏器、調(diào)制線圈、檢偏器、光電接收器依次放置在光學(xué)導(dǎo)軌上； 將主機上調(diào)制信號發(fā)生器部分的“示波器”端與示波器的“CH1”端相連，觀察調(diào)制信號，調(diào)節(jié)“幅度”旋鈕可調(diào)節(jié)調(diào)制信號的大小，注意不要使調(diào)制信號變形(即不失真),調(diào)節(jié)“頻率”旋鈕可微調(diào)調(diào)制信號的頻率； 將激光器與主機上“3V輸出”相連，調(diào)節(jié)激光器，使激光從調(diào)制線圈中心樣品中穿過，并能夠被光電接收器接收； 將調(diào)制線圈與主機上調(diào)制信號發(fā)生器部分的“輸出”端用音頻線相連； 將光電接收器與主機上信號輸入部分的“基頻”端相連；用Q9線連接選頻放大部分的“基頻”端與示波器的“CH2”端； 用示波器觀察基頻信號，調(diào)節(jié)調(diào)制信號發(fā)生器部分的“頻率”旋鈕，使基頻

27、信號最強，調(diào)節(jié)檢偏器與起偏器的夾角，觀察基頻信號的變化； 調(diào)節(jié)檢偏器到消光位置附近，將光電接收器與主機上信號輸入部分的“倍頻”端相連，同時將示波器的“CH2”端與選頻放大部分的“倍頻”端相連，調(diào)節(jié)調(diào)制信號發(fā)生器部分的“頻率”旋鈕，使倍頻信號最強，微調(diào)檢偏器，觀察信號變化，當檢偏器與起偏器正交時，即消光位置，可以觀察到穩(wěn)定的倍頻信號。4磁光調(diào)制倍頻法測量法拉第效應(yīng)實驗（圖5.16.10） 將半導(dǎo)體激光器、起偏器、透鏡、電磁鐵、調(diào)制線圈、有測微機構(gòu)的檢偏器、光電接收器依次放置在光學(xué)導(dǎo)軌上； 在電磁鐵磁頭中間放入實驗樣品，將恒流電源與電磁鐵相連，將主機上調(diào)制信號發(fā)生器部分的“示波器”端與示波器的“C

28、H1”端相連；將激光器與主機上“3V輸出”相連，調(diào)節(jié)激光器，使激光依次穿過各元件，并能夠被光電接收器接收；將調(diào)制線圈與主機上調(diào)制信號發(fā)生器部分的“輸出”端用音頻線相連；將光電接收器與主機上信號輸入部分的“基頻”端相連；用Q9線連接選頻放大部分的“基頻”端與示波器的“CH2”端； 用示波器觀察基頻信號，旋轉(zhuǎn)檢偏器到消光位置附近，將光電接收器與主機上信號輸入部分的“倍頻”端相連，同時將示波器的“CH2”端與選頻放大部分的“倍頻”端相連，微調(diào)檢偏器的側(cè)微器到可以觀察到穩(wěn)定的倍頻信號，讀取此時檢偏器的角度q1； 打開恒流電源，給樣品加上恒定磁場，可看到倍頻信號發(fā)生變化，調(diào)節(jié)檢偏器的側(cè)微器至再次看到穩(wěn)定的倍頻信號，讀取此時檢偏器的角度q2，得到樣品在該磁場下的偏轉(zhuǎn)角q=q2-q1；圖5.16.10 倍頻法測量法拉第效應(yīng)實驗裝置連接示意