冕玻璃磁光效应实验研究

马文娟 张青青 夏亚平

磁光效应是光和电磁相互作用的物理现象。采用磁光调制倍频法研究冕玻璃的磁光效应规律，得出偏振面旋转角与磁感应强度的关系式，进一步求得冕玻璃的费尔德常数，为冕玻璃磁光效应的应用提供理论依据。

磁光效应是光和电磁相互作用的一种现象，指处于磁化状态的物质与光相互作用其光学特性发生改变。随着对磁光效应的深入研究其应用价值逐步上升，磁光材料和器件相继出现，由磁光材料制成的磁光器件作为光调制器、光隔离器、磁光开关、磁光存储、磁光传感器等在光纤通信及光学信息处理等技术中得到广泛应用。

1 磁光效应原理

磁光效应是光和电磁相互作用的现象，法拉第效应是最早发现的磁光效应，指一束线偏振光透过放置于磁场中的介质，沿着磁场方向传播时，光的偏振面会发生偏转，转过的角度称为法拉第旋轉角，可用公式表示，式中为费尔德常数是光传播方向分量上的磁感应强度，为磁光介质的厚度。本文主要研究冕玻璃的法拉第效应。

2 实验研究思路

主要测量仪器为FD-MOC-A磁光效应综合实验仪、直流可调稳压电源和双踪示波器磁光效应综合实验仪。

2.1 电磁铁磁头中心磁场的测量（定标）

测量不同励磁电流所对应的电磁铁磁头中心磁场的磁感应强度，可为后面磁光调制倍频法研究磁光效应选取合适的励磁电流提供理论依据，使测量数据更具有科学性。

打开直流可调稳压电源，由小到大调节直流可调稳压电源的电流，控制励磁电流不能大于直流可调稳压电源的量程5A，读取不同励磁电流下所对应的电磁铁磁头中心磁场的磁感应强度。记录数据并利用origin软件处理得出磁感应强度B随励磁电流I变化的规律。

2.2 冕玻璃磁光效应测量

通常磁光效应实验研究有正交消光法和磁光调制倍频法两种测量方法。正交消光法测量原理是通过观察光功率计读数调节检偏器确定偏转角，操作简单，但光功率计示数随励磁电流变化不灵敏。磁光调制倍频法测量时在两个偏振器之间加一个调制器，通过观察双踪示波器的倍频信号确定偏转角，励磁电流的微弱变化就可以使波形发生改变，提高了灵敏度，对测量结果更加准确。因此本文采用磁光调制倍频法，同时为了使测量数值更加精确，采用带有螺旋测微头的检偏器测量角度。主要步骤如下

（1）正确连接仪器，打开示波器，微调螺旋测微器到能观察到稳定的倍频信号，读取此时螺旋测微器的数值;调节直流可调稳压电源到某一固定值，给样品冕玻璃加上磁场，观察倍频信号变化，调节螺旋测微器至再次看到稳定的倍频信号，读取此时螺旋测微器的数值，样品冕玻璃在该磁场下的偏振差值。由此得到对应的法拉第旋光角（实验所用螺旋测微微头的最小读数为0.01mm，螺旋测微头移动1mm对应转动角度190min。）

（2）改变励磁电流，测量得到对应不同励磁电流的法拉第旋转角，研究冕玻璃磁光效应特性及规律。

（3）把半导体激光器关闭，用游标卡尺测量冕玻璃的厚度。由2.1测得的磁感应强度与励磁电流的关系，得到不同励磁电流对应的磁感应强度。根据公式，计算出冕玻璃的费尔德常数。

3 测量结果及分析讨论

按照2.1的步骤进行测量，将测量数据输入origin软件进行处理，得到励磁电流在0-2A范围内电磁铁磁头中心磁感应强度随励磁电流线性变化，关系式为。由此，当调节直流可调稳压电源的励磁电流时可以直接由公式得到对应的电磁铁磁头中心磁场磁感应强度，并且励磁电流在2A以下调节效果最佳。

按照2.2所列实验步骤，测得的不同励磁电流下冕玻璃发生磁光效应对应的螺旋测微器数值，根据磁感应强度随励磁电流线性变化的关系式及螺旋测微器测微头移动0.01mm转动角度为1.9min，可得对应不同磁感应强度时冕玻璃旋转角，利用origin软件得到两者关系如图1所示。

拟合得到的方程为：，截距在误差允许范围内可以忽略不计，即，根据法公式，将冕玻璃的厚度代入，计算得冕玻璃的费尔德常数5.1910² ，与理论值范围相符合。需要指出的是在实验进行中由于实验室环境的影响，各种仪器的局限性，会导致测量数据具有一定误差。

4 结论

磁光效应是处于磁化状态的物质与光相互作用其光学特性发生改变的物理现象。本文首先测量了不同励磁电流对应的电磁铁磁头中心磁场的磁感应强度，得出在0—2A范围内磁感应强度随励磁电流变化成线性关系，在此范围选择励磁电流进行实验并推算冕玻璃的Verdet常数更为精确。然后对比分析了正交消光法和磁光调制倍频法，得出磁光调制倍频法较正交消光法灵敏度更高，测量结果更精确。最后采用磁光调制倍频法测量了不同励磁电流（不同磁场）冕玻璃磁光效应的旋转角，利用origin软件对测量数据进行处理，得出冕玻璃磁光效应旋光角随磁场的变化规律，并计算得出冕玻璃的费尔德常数，为其进一步应用提供理论依据。

基金项目：沧州市重点研发计划指导项目：玻璃材料磁致旋光效应研究，编号：172105003。

（作者单位：沧州师范学院物理与信息工程学院）