磁光調(diào)制實驗

1、磁光調(diào)制實驗Experiment of Magneto-optic Modulation1實驗目的了解磁光調(diào)制實驗原理；研究磁場與光場相互作用的物理過程；測量磁光效應的旋光特性和調(diào)制特性。2實驗原理 磁光效應: 當平面偏振光穿透某種介質(zhì)時，若在沿平行于光的傳播方向施加一磁場，光波的偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實驗表明其旋轉(zhuǎn)角 正比于外加的磁場強度B，這種現(xiàn)象稱為法拉第(Fmday)效應，也稱磁致旋光效應，簡稱磁光效應。即： 式中l(wèi)為光波在介質(zhì)中的路徑， 為表征磁致旋光效應特征的比例系數(shù)，稱為維爾德(Vedet)常數(shù)。 3磁光效應系統(tǒng)示意圖 4磁光效應的應用利用磁光效應在激光技術中可制成磁光調(diào)制器、磁光開

2、關、磁光隔離、磁光偏轉(zhuǎn)器、磁光環(huán)行器、磁光衰減器等功能性磁光器件 ，其中磁光調(diào)制器最為典型。磁光調(diào)制器又分為直流磁光調(diào)制器和交流磁光調(diào)制器。世界上任何透明物質(zhì)都具有法拉第效應，利用法拉第效應可以研究物質(zhì)的能譜結(jié)構知識。 5直流磁光調(diào)制直流線圈產(chǎn)生穩(wěn)恒磁場;當線偏振光平行于外磁場入射磁光介質(zhì)的表面，穿過厚度為 l 的介質(zhì)后,光波的偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實驗表明其旋轉(zhuǎn)角 正比于外加的磁場強度B:由此可以看出，在直流磁光調(diào)制中，維爾德常數(shù)。是常量，l是磁光晶體長度是常量。旋轉(zhuǎn)角與磁場強度B的關系是？在這個實驗中,我們能測出B嗎?6交流磁光調(diào)制為起偏器P與檢偏器A主截面之間的夾角，I0為光強的幅值，當線圈

3、通以交流電信號設調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場為則介質(zhì)相應地會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角設起偏器與檢偏器的夾角為 ，初始入射光強為 ，則從檢偏器輸出的光強為：7公式中: 為起偏器和檢偏器的夾角; 為調(diào)制深度控制的角度;8當=90時，上式變?yōu)椋寒?0時，上式變?yōu)椋?：可以得到倍頻分量，條件是： =0或909磁光調(diào)制的基本參量調(diào)制深度 式中Imax和Imin,分別為調(diào)制輸出光強的最大和最小值 調(diào)制角幅度10實驗儀器及注意事項檢偏與光電接受組件 錐體可調(diào)圓盤用以粗調(diào)檢偏器的角度，在交流調(diào)制時調(diào)節(jié)，后面的精密測微量角器，用以細調(diào)檢偏器的旋角，在直流調(diào)節(jié)時用。11 注意：做交流調(diào)制時，先將“直流勵磁”置于“關”，否則，長時間加電過

4、熱發(fā)燙甚至燒壞。實驗儀前面板12注意：“調(diào)制輸出”輸出的是交流信號 “勵磁輸出”輸出的是直流流信號 兩接口不要接反，否則會燒壞線圈主控單元后面板13實驗內(nèi)容及測試方法調(diào)出磁光調(diào)制倍頻現(xiàn)象測出直流磁光調(diào)制I曲線方法一：消光法：直接消光法測量。方法二：交流倍頻法采用在交流磁光調(diào)制下出現(xiàn)的標準倍頻現(xiàn)象做為基準，通過示波器波形間接測量消光位置。14消光法：起、檢偏器透光軸垂直時，消光；加直流磁光調(diào)制，光偏轉(zhuǎn)一角度，則消光現(xiàn)象消失；再轉(zhuǎn)動檢偏器出現(xiàn)消光，此時，檢偏器轉(zhuǎn)過的角度就是磁光調(diào)制使光偏振面旋轉(zhuǎn)的角度。交流倍頻法測直流磁光調(diào)制：以交流磁光調(diào)制出現(xiàn)的標準倍頻現(xiàn)象做為基準，檢偏器只有在直流調(diào)制消光位置

5、時，才出現(xiàn)倍頻信號（此倍頻信號可以通過示波器觀察，靈敏度高于光強），由此可用示波器上出現(xiàn)的倍頻信號來精確確定直流調(diào)制消光位置。通過調(diào)節(jié)檢偏器，重復出現(xiàn)的標準倍頻現(xiàn)象來判斷磁致旋轉(zhuǎn)角變化角度。交流倍頻法相對于消光法，現(xiàn)象明顯，檢偏器位置準確，能精確測定 B的關系。15實驗內(nèi)容及主要步驟1、打開調(diào)制幅度和解調(diào)幅度開關，將二者均調(diào)到最大（解調(diào)幅度始終保持最大，保證實驗成功率）、光路準直、交流調(diào)制調(diào)節(jié)：（1）檢偏器的精密測角器盤預置在0位；（2）插入起偏器(P)，儀器電源打開，調(diào)制加載和直流勵磁開關處于“關”狀態(tài)，調(diào)節(jié)起偏器，使通過起偏器后的光強較強； (3) 調(diào)節(jié)檢偏器，起偏檢偏正交，消光，輸出光強

6、值小于0.116（4）插入磁光調(diào)制器，使激光束正射透過。打開調(diào)制加載開關，將調(diào)制幅度和解調(diào)幅度調(diào)至最大。再次仔細調(diào)節(jié)檢偏器粗調(diào)盤，使接收光強接近于0（達到最小，應該在0.1以下），這時PA；同時觀察示波器，解調(diào)波形幅度最小時出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，即解調(diào)信號頻率是調(diào)制信號頻率的兩倍。注意：為了調(diào)出倍頻現(xiàn)象，應該把調(diào)制幅度和解調(diào)幅度先調(diào)到最大，調(diào)出倍頻后再根據(jù)需要減小。17 4、直流磁光調(diào)制 （1）在交流磁光調(diào)制倍頻狀態(tài)下，將勵磁電磁鐵(M)置于光具座上，粗調(diào)盤不得再轉(zhuǎn)動，記錄精密測角器讀數(shù)為 1 ； （2）開啟直流勵磁開關，適當增加勵磁強度，使勵磁線圈通以直流電流IDC ，此時原來的倍頻現(xiàn)象消失，再細調(diào)

7、檢偏器的精密測角器使光強讀數(shù)恢復近于0，重新出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，記下前后測角器度盤讀數(shù) 2，其差值絕對值| 2 1|即為偏振面的旋角 。18直流調(diào)制數(shù)據(jù)記錄初始角 1=作 B (IDC)曲線。IDC通過勵磁電流表讀出 。IDC單位：A19讀數(shù)問題順時針轉(zhuǎn)時：讀數(shù)應為0，1，2，逆時針轉(zhuǎn)時：讀數(shù)應為90，89，88，精密刻度盤上精度為220問題直流磁光調(diào)制為何在交流磁光調(diào)制倍頻狀態(tài)下做？這樣做有何好處？21倍頻法做直流磁光調(diào)制實驗優(yōu)勢 如果不用倍頻法做直流磁光調(diào)制實驗，則偏振面的磁致旋轉(zhuǎn)角通過消光法測得，由檢偏器在平面偏振光振動方向變化前后的消光位置來確定。由于消光位置附近光強變化率較小，檢偏器的精度不夠，確定精確消光位置較困難，這樣也就影響了磁致旋轉(zhuǎn)角的精確測量。采用在交流磁光調(diào)制出現(xiàn)的標準倍頻現(xiàn)象做為基準，檢偏器在只有消光位置時，出現(xiàn)倍頻信號，由此可用出現(xiàn)倍頻信號來確定消光位置。通過調(diào)節(jié)檢偏器，重復出現(xiàn)的標準倍頻現(xiàn)象來判斷磁致旋轉(zhuǎn)角變化角度，現(xiàn)象明顯，檢偏器位置準確，就能精確測定 B的曲線關系。22實驗內(nèi)容總結(jié)直流磁光調(diào)制,表格2,測量不同直流電流下的重火石旋轉(zhuǎn)角,作出與B(IDC)的曲線關系.23實驗注意事項調(diào)節(jié)過程中也應避免激光直射人眼，以免對眼睛造成危害。調(diào)節(jié)半導體激光器功