法拉第效应实验中不同光强点对磁光调制器灵敏度的影响

陈书来

（德州学院，山东 德州 253023）

法拉第效应实验中不同光强点对磁光调制器灵敏度的影响

陈书来

（德州学院，山东 德州 253023）

通过实验验证马吕斯定律，并分别在消光位置与检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°的位置为检测点测量费尔德常数。通过分析实验数据及理论推导得出在检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°的位置时仪器的灵敏度最好。

马吕斯定律；变化率；费尔德常数

法拉第效应实验是近代物理实验中较为重要的一个实验，是指当线偏振光沿着磁场方向透过磁场中的磁性物质时，由于磁场中的磁性物质对左、右圆偏振的折射率不同，使透射线偏振光的偏振方向旋转［1］。实验表明：

式中：θ为线偏振光的振动方向的旋转角度，V为费尔德常数，B为磁场的大小，d为光在样品中所走的距离。

在实验中线偏振光旋转角θ是通过旋转检偏器来测量的。那么起偏器和检偏器的初始位置对仪器的灵敏度有什么影响？以及如何减小仪器的系统误差？本文将通过马吕斯定律的验证和费尔德常数测量这两个实验来研究这一问题。

1 实验原理简述

马吕斯定律指出强度为I0的平面偏振光通过检偏器后的光强Iθ为

式中：α为平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角，它表示改变α角可以改变透过检偏器的光强［2］。当α＝0时，透光强度最大。α＝90°时，透光强度最小，即消光位置。

由（1）式得出V＝θ/Bd，由实验测出θ、B、d即可求出费尔德常数V，它与物质的性质及光源波长有关。

2 实验装置的组成

实验装置的系统框图见图1～2。图2所示测量法拉效应为FD-MOC-A磁光效应综合实验仪。

图1 验证马吕斯定律实验装置

图2 法拉第效应实验装置

3 实验方法

3.1 验证马吕斯定律

如图1安置仪器，使激光器射出的光束，穿过起偏器和检偏器射到硅光电池上，旋转检偏器使透射光达到最大光强，此时起偏器和检偏器的偏振化方向夹角应为0°，记下此时灵敏电流计的电流值。将检偏器每转一定角度（10°）记录一次电流值，直至转动90°为止。重点测量两个极值位置和45°位置。在0°～4°、43°～47°、86°～90°每隔1°记录一次电流值。

3.2 测量费尔德常数

如图2安置仪器，先不加磁场，调节检偏器，使检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°，记录下此时的电流值I1，然后加上磁场，调节检偏器转盘到灵敏电流计的示数为I1时，记录检偏器转盘转过的角度就是在待测样品中线偏振光旋转角θ。然后，换成消光位置，采用同样的方法进行测量，以便进行测量灵敏度的比较。

4 数据记录及研究

4.1 马吕斯定律实验的数据见表1

表1 马吕斯定律实验数据

图3 I2与cos2α的关系曲线

由表1中的数据画出I2和cos2α关系曲线，如图3所示，由图3可以看出I2与cos2α成正比，通过计算比例系数为I1，即I2＝I1cos2α。成功的验证了马吕斯定律，同时也说明仪器是可靠的。

4.2 磁光调制器灵敏度的计算本实验中磁光调制器灵敏度为

由此计算在不同位置仪器的灵敏度得到表2～表3。

表2 检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°

表3 消光位置

当α＝45°时，dI/dα最大。理论推导与实验结论相符。

4.3 费尔德常数的测定

磁场强度B＝0.270T，厚度d＝10.1mm在消光位置和起偏器和检偏器的夹角为45°时进行测量，得到见表4～5的数据。

由计算数据可以看出，检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°位置左右时，磁光调制器灵敏度最大，因此在测量时应使检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°，仪器所产生的误差最小。

另外，由公式（2）同样也可推出

表4 消光位置

由（1）式计算得

标准偏差σ＝15.49。

表5 起偏器和检偏器的夹角为45°

由（1）式计算得

标准偏差σ＝2.67。

经法拉第实验验证也可得出，在检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°时，所测量出的法拉第效应角，数据集中，标准偏差较小。

5 小 结

在物理实验和科学研究中，经常会遇到测量精度的问题。以法拉第效应实验为例，通过理论分析和实验验证得到了在检偏器和起偏器偏振化方向夹角为45°时磁光调制器的灵敏度最高，仪器的系统误差最小。

［1］张天喆，董有尔.近代物理实验［M］.北京：科学出版社，2004.

［2］姚启钧.光学教程［M］.北京：高等教育出版社，1981.

The Influence of Magnetic-light Modulator Sensitivity by Using Different Optical Power Points in Faraday Effect Experiment

CHEN Shu-lai

（Dezhou University，Shandong Dezhou 253023）

Malus law is verified by the experiment，and the Verdet constant of the sample is measured by using the points located in extinction optical power and the angle is 45°of twOpolarizer polarized direction.According tOthe analysis of the result of the experiment and theoretical derivation.The conclusion is that sensitivity is the best when Angle is 45°of twOpolarizer polarized direction.

malus law；change rate；verdet constant

O4-3

A

1007-2934（2011）06-0016-03

2011-06-13