磁光調(diào)制實驗報告材料

磁光調(diào)制實驗報告課程：光電子實驗學號:專業(yè):信息工程大學工程管理學院磁光調(diào)制實驗報告一、實驗目的1觀察磁光調(diào)制現(xiàn)象2測量調(diào)制深度與調(diào)制角幅度3測定旋光角與外加磁場的關系4測量直流磁場對磁光介質(zhì)的影響5磁光調(diào)制與光通訊實驗演示二、實驗原理1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9正比于外加的磁場強度B,這種現(xiàn)象稱為法拉第（Faraday效應，也稱磁致旋光效應，簡稱磁光效應，即：vlB ⑴式中I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（Verdet）常數(shù)。由于磁致旋光的偏振方向會使反射光引起的旋角加倍，而與光的傳播方向無關，利用這一特性在激光技術中可制成具有光調(diào)制、光開關、光隔離、光偏轉(zhuǎn)等功能性磁光器件，其中磁光調(diào)制為其最典型的一種。如圖1所示，在磁光介質(zhì)的外圍加一個勵磁線圈就構(gòu)成基本的磁光調(diào)制器件。2直流磁光調(diào)制當線偏振光平行于外磁場入射磁光介質(zhì)的表面時，偏振光的光強I可以分解成如圖2所示的左旋圓偏振光Il和右旋圓偏振光Ir（兩者旋轉(zhuǎn)方向相反）。由于介質(zhì)對兩者具有不同的折射率nL和nR,當它們穿過厚度為I的介質(zhì)后分別產(chǎn)生不同的相位差，體現(xiàn)在角位移上有：mlnRl式中入為光波波長因LR12LR—nLnRI(2)如折射率差nLnR正比于磁場強度B,即可得(1)式，并由值與測得的B與I求出威德爾常數(shù)。LILI圖2入射光偏振面的旋轉(zhuǎn)運動3交流磁光調(diào)制用一交流電信號對勵磁線圈進行激勵，使其對介質(zhì)產(chǎn)生一交變磁場，就組成了交流(信號)磁光調(diào)制器(此時的勵磁線圈稱為調(diào)制線圈)，在線圈未通電流并且不計光損耗的情況下，設起偏器 P的線偏振光振幅為Ao,則Ao可分解為ACOSa及Aosina兩垂直分量，其中只有平行于P平面的AoCOSa分量才能通過檢偏器，故有輸出光強I(Aocos)2Iocos2 (馬呂斯定律)其中IoA?為其振幅。式中為起偏器P與檢偏器A主截面之間的夾角，Io為光強的幅值，當線圈通以交流電信號i=iosin?t時，設調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場為B=Eosin?t，則介質(zhì)相應地會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角9=9osin?t，則從檢偏器輸出的光強為：I Iocos2( )號1cos2()舟1cos2(osint) (3)由此可知光輸出可以是調(diào)制波的倍頻信號。以上就是電信號致使入射光旋光角變化從而完成對輸出光強調(diào)制的基本原

4磁光調(diào)制的基本參量磁光調(diào)制的性能主要由以下兩個基本參量來描述調(diào)制深度n1maxImin1maxImin式中Imax1maxImin1maxImin式中Imax和Imin分別為調(diào)制輸出光強的最大值和最小值，在 0的條件下,2參照圖3應用倍角公式，由(3)式得到在 時的輸出光強分別為：號1cos2( )匕1cos2( )21maxImin(5)如圖3所示:圖3圖3調(diào)制光強幅度隨旋光角變化的情況(2)調(diào)制角幅度9o令IAImaxImin為光強調(diào)制幅度將(5)式代入化簡得IA10sin2sin2由此可見，若起偏器P與檢偏器A主截面間夾角 45時，調(diào)制幅度可達最大值「maxIosin2此時調(diào)制輸出的極值光強為：Imaxy(1Sin2)Imin號(1sin2) (6)將此式代入(4)式得45時的調(diào)制深度和調(diào)制角幅度：sin21sinImaxIsin21sinImaxImin1maxImin三、實驗容1觀察磁光調(diào)制現(xiàn)象（1） 按圖4所示，參照圖8“系統(tǒng)連接”方法準備就緒（用鋱玻璃調(diào)制器線纜插入主控單兀后面板的“調(diào)制輸出”兩插座中）。（2） 打開調(diào)制加載開關，調(diào)制幅度開關最大，此時直流磁場為零，轉(zhuǎn)動檢偏器，在示波器上同時觀察到調(diào)制波形與解調(diào)輸出波形；再細調(diào)檢偏器的轉(zhuǎn)角，即可明顯地看到解調(diào)波與調(diào)制波的倍頻關系，此時光強指示為最小值，檢偏器透光軸與起偏器透光軸垂直， 90器的轉(zhuǎn)角，即可明顯地看到解調(diào)波與調(diào)制波的倍頻關系，此時光強指示為最小值，檢偏器透光軸與起偏器透光軸垂直， 90。2測量調(diào)制深度與調(diào)制角幅度在示波器中顯示出解調(diào)波形時，調(diào)節(jié)檢偏器偏角，讀出波形曲線上相應的光強信號的最大值Imax和最小值Imin，代入（6）式和（7）式，計算出調(diào)制深度n和調(diào)制角幅度B0。實驗測得:max=4.56min=0.24實驗測得:max=4.56min=0.24I I調(diào)制角幅度0 -sin1 Imax Imin =32.08I Imaxmin調(diào)制深度： sin2=0.93、測定旋光角與外加磁場的關系圖表標題-1旅轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)表格:圖表標題-1旅轉(zhuǎn)角磁感應強度0.0760.0.2030.2810.3420.4150.4820.5450.612旋轉(zhuǎn)角0.681.021.482.122.563.133.584.454.87磁感強度與旋光角的圖像:分析：由上圖可以看出兩者基本上呈線性關系。實驗中線偏振光的偏振方向和產(chǎn)生磁場的電流的旋轉(zhuǎn)方向一致，根據(jù)上面原理定義為右旋。誤差分析：實驗過程中，勵磁電流計讀數(shù)有一定的誤差；讀數(shù)有一定誤差將角度轉(zhuǎn)化位弧度制4舍5入導致一定的誤差；光路不夠滿足實驗要求，精度不夠?qū)е聹y量不準確；消光法測量時光電流反應不夠靈敏，最小值不夠準確，導致對于的檢偏器角度讀取有誤差。4、測量直流磁場對磁光介質(zhì)的影響（1） 按實驗容1中（2）步驟，調(diào)出調(diào)制波的倍頻信號。（2） 將勵磁電磁鐵（M）插入可調(diào)滑座上置于接收器前，電磁鐵中間放入磁光介質(zhì)重火石，（先將重火石插在兩磁軛之間，磁軛平面與兩磁極相吻合）如圖10所示。將電磁鐵引出線纜插入后面板的“勵磁輸出”兩插座中（注意：紅對紅，黑對黑）。

圖10（3）調(diào)節(jié)可調(diào)滑座高低左右，使激光能準確穿過重火石中心。調(diào)節(jié)接收器滑座，使激光能精確進入接收孔。此時，示波器可見倍頻信號。（4）開啟直流勵磁，使勵磁線圈通以直流電流Idc，轉(zhuǎn)動勵磁強度旋鈕，使勵磁指示表達到1.5A，示波器無倍頻信號顯示，此時記下接受器上測角器的讀數(shù)（建議做此實驗前將測角器刻度0對0），旋轉(zhuǎn)測角器微調(diào)，使示波器重顯倍頻信號，再記下此時測角器讀數(shù)，其差值為重火石磁致旋光角。（5）將測角器刻度0對0,改變直流電流（由勵磁電流表讀出），每隔0.3A測量一次，記下旋光角度與相應的偏轉(zhuǎn)角，畫出B~B（Dc）的關系曲線。?注：調(diào)制線圈中部頂端開有小孔，用以插入特斯拉（場強）計測量線圈的磁感應強度（由于測試探頭處于線圈邊緣，其中部的B應為2倍測試值）。?根據(jù)B與偏角？值，即可由（1）式計算出磁光介質(zhì)的維爾德常數(shù)。磁感應強度0.07580.13750.20290.28890.35150.42670.5690.5950.6367旋轉(zhuǎn)角-1.34-4.84-6.77-9.54-12-14.03-17-19.57-21.779~B（Dc）的關系曲線:圖克標題—圖克標題—旋轉(zhuǎn)角分析：由上圖可知，MR3玻璃的~B關系基本是線性關系。根據(jù)上面原

理定義，MR3玻璃的法拉第旋光性為左旋。倍頻:四、實驗總結(jié)1、 在設計倍頻時，開