馬文娟 張青青 夏亞平

磁光效應(yīng)是光和電磁相互作用的物理現(xiàn)象。采用磁光調(diào)制倍頻法研究冕玻璃的磁光效應(yīng)規(guī)律，得出偏振面旋轉(zhuǎn)角與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系式，進(jìn)一步求得冕玻璃的費(fèi)爾德常數(shù)，為冕玻璃磁光效應(yīng)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

磁光效應(yīng)是光和電磁相互作用的一種現(xiàn)象，指處于磁化狀態(tài)的物質(zhì)與光相互作用其光學(xué)特性發(fā)生改變。隨著對(duì)磁光效應(yīng)的深入研究其應(yīng)用價(jià)值逐步上升，磁光材料和器件相繼出現(xiàn)，由磁光材料制成的磁光器件作為光調(diào)制器、光隔離器、磁光開(kāi)關(guān)、磁光存儲(chǔ)、磁光傳感器等在光纖通信及光學(xué)信息處理等技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

1 磁光效應(yīng)原理

磁光效應(yīng)是光和電磁相互作用的現(xiàn)象，法拉第效應(yīng)是最早發(fā)現(xiàn)的磁光效應(yīng)，指一束線(xiàn)偏振光透過(guò)放置于磁場(chǎng)中的介質(zhì)，沿著磁場(chǎng)方向傳播時(shí)，光的偏振面會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為法拉第旋轉(zhuǎn)角，可用公式表示，式中為費(fèi)爾德常數(shù)是光傳播方向分量上的磁感應(yīng)強(qiáng)度，為磁光介質(zhì)的厚度。本文主要研究冕玻璃的法拉第效應(yīng)。

2 實(shí)驗(yàn)研究思路

主要測(cè)量?jī)x器為FD-MOC-A磁光效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀、直流可調(diào)穩(wěn)壓電源和雙蹤示波器磁光效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀。

2.1 電磁鐵磁頭中心磁場(chǎng)的測(cè)量（定標(biāo)）

測(cè)量不同勵(lì)磁電流所對(duì)應(yīng)的電磁鐵磁頭中心磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可為后面磁光調(diào)制倍頻法研究磁光效應(yīng)選取合適的勵(lì)磁電流提供理論依據(jù)，使測(cè)量數(shù)據(jù)更具有科學(xué)性。

打開(kāi)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源，由小到大調(diào)節(jié)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的電流，控制勵(lì)磁電流不能大于直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的量程5A，讀取不同勵(lì)磁電流下所對(duì)應(yīng)的電磁鐵磁頭中心磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。記錄數(shù)據(jù)并利用origin軟件處理得出磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨勵(lì)磁電流I變化的規(guī)律。

2.2 冕玻璃磁光效應(yīng)測(cè)量

通常磁光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究有正交消光法和磁光調(diào)制倍頻法兩種測(cè)量方法。正交消光法測(cè)量原理是通過(guò)觀察光功率計(jì)讀數(shù)調(diào)節(jié)檢偏器確定偏轉(zhuǎn)角，操作簡(jiǎn)單，但光功率計(jì)示數(shù)隨勵(lì)磁電流變化不靈敏。磁光調(diào)制倍頻法測(cè)量時(shí)在兩個(gè)偏振器之間加一個(gè)調(diào)制器，通過(guò)觀察雙蹤示波器的倍頻信號(hào)確定偏轉(zhuǎn)角，勵(lì)磁電流的微弱變化就可以使波形發(fā)生改變，提高了靈敏度，對(duì)測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。因此本文采用磁光調(diào)制倍頻法，同時(shí)為了使測(cè)量數(shù)值更加精確，采用帶有螺旋測(cè)微頭的檢偏器測(cè)量角度。主要步驟如下

（1）正確連接儀器，打開(kāi)示波器，微調(diào)螺旋測(cè)微器到能觀察到穩(wěn)定的倍頻信號(hào)，讀取此時(shí)螺旋測(cè)微器的數(shù)值;調(diào)節(jié)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源到某一固定值，給樣品冕玻璃加上磁場(chǎng)，觀察倍頻信號(hào)變化，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微器至再次看到穩(wěn)定的倍頻信號(hào)，讀取此時(shí)螺旋測(cè)微器的數(shù)值，樣品冕玻璃在該磁場(chǎng)下的偏振差值。由此得到對(duì)應(yīng)的法拉第旋光角（實(shí)驗(yàn)所用螺旋測(cè)微微頭的最小讀數(shù)為0.01mm，螺旋測(cè)微頭移動(dòng)1mm對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度190min。）

（2）改變勵(lì)磁電流，測(cè)量得到對(duì)應(yīng)不同勵(lì)磁電流的法拉第旋轉(zhuǎn)角，研究冕玻璃磁光效應(yīng)特性及規(guī)律。

（3）把半導(dǎo)體激光器關(guān)閉，用游標(biāo)卡尺測(cè)量冕玻璃的厚度。由2.1測(cè)得的磁感應(yīng)強(qiáng)度與勵(lì)磁電流的關(guān)系，得到不同勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。根據(jù)公式，計(jì)算出冕玻璃的費(fèi)爾德常數(shù)。

3 測(cè)量結(jié)果及分析討論

按照2.1的步驟進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入origin軟件進(jìn)行處理，得到勵(lì)磁電流在0-2A范圍內(nèi)電磁鐵磁頭中心磁感應(yīng)強(qiáng)度隨勵(lì)磁電流線(xiàn)性變化，關(guān)系式為。由此，當(dāng)調(diào)節(jié)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的勵(lì)磁電流時(shí)可以直接由公式得到對(duì)應(yīng)的電磁鐵磁頭中心磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，并且勵(lì)磁電流在2A以下調(diào)節(jié)效果最佳。

按照2.2所列實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)得的不同勵(lì)磁電流下冕玻璃發(fā)生磁光效應(yīng)對(duì)應(yīng)的螺旋測(cè)微器數(shù)值，根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨勵(lì)磁電流線(xiàn)性變化的關(guān)系式及螺旋測(cè)微器測(cè)微頭移動(dòng)0.01mm轉(zhuǎn)動(dòng)角度為1.9min，可得對(duì)應(yīng)不同磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)冕玻璃旋轉(zhuǎn)角，利用origin軟件得到兩者關(guān)系如圖1所示。

擬合得到的方程為：，截距在誤差允許范圍內(nèi)可以忽略不計(jì)，即，根據(jù)法公式，將冕玻璃的厚度代入，計(jì)算得冕玻璃的費(fèi)爾德常數(shù)5.1910² ，與理論值范圍相符合。需要指出的是在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的影響，各種儀器的局限性，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)具有一定誤差。

4 結(jié)論

磁光效應(yīng)是處于磁化狀態(tài)的物質(zhì)與光相互作用其光學(xué)特性發(fā)生改變的物理現(xiàn)象。本文首先測(cè)量了不同勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)的電磁鐵磁頭中心磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，得出在0—2A范圍內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨勵(lì)磁電流變化成線(xiàn)性關(guān)系，在此范圍選擇勵(lì)磁電流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并推算冕玻璃的Verdet常數(shù)更為精確。然后對(duì)比分析了正交消光法和磁光調(diào)制倍頻法，得出磁光調(diào)制倍頻法較正交消光法靈敏度更高，測(cè)量結(jié)果更精確。最后采用磁光調(diào)制倍頻法測(cè)量了不同勵(lì)磁電流（不同磁場(chǎng)）冕玻璃磁光效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角，利用origin軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出冕玻璃磁光效應(yīng)旋光角隨磁場(chǎng)的變化規(guī)律，并計(jì)算得出冕玻璃的費(fèi)爾德常數(shù)，為其進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

基金項(xiàng)目：滄州市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃指導(dǎo)項(xiàng)目：玻璃材料磁致旋光效應(yīng)研究，編號(hào)：172105003。

（作者單位：滄州師范學(xué)院物理與信息工程學(xué)院）