冕玻璃磁光效應實驗研究

馬文娟 張青青 夏亞平

磁光效應是光和電磁相互作用的物理現象。采用磁光調制倍頻法研究冕玻璃的磁光效應規律，得出偏振面旋轉角與磁感應強度的關系式，進一步求得冕玻璃的費爾德常數，為冕玻璃磁光效應的應用提供理論依據。

磁光效應是光和電磁相互作用的一種現象，指處于磁化狀態的物質與光相互作用其光學特性發生改變。隨著對磁光效應的深入研究其應用價值逐步上升，磁光材料和器件相繼出現，由磁光材料制成的磁光器件作為光調制器、光隔離器、磁光開關、磁光存儲、磁光傳感器等在光纖通信及光學信息處理等技術中得到廣泛應用。

1 磁光效應原理

磁光效應是光和電磁相互作用的現象，法拉第效應是最早發現的磁光效應，指一束線偏振光透過放置于磁場中的介質，沿著磁場方向傳播時，光的偏振面會發生偏轉，轉過的角度稱為法拉第旋轉角，可用公式表示，式中為費爾德常數是光傳播方向分量上的磁感應強度，為磁光介質的厚度。本文主要研究冕玻璃的法拉第效應。

2 實驗研究思路

主要測量儀器為FD-MOC-A磁光效應綜合實驗儀、直流可調穩壓電源和雙蹤示波器磁光效應綜合實驗儀。

2.1 電磁鐵磁頭中心磁場的測量（定標）

測量不同勵磁電流所對應的電磁鐵磁頭中心磁場的磁感應強度，可為后面磁光調制倍頻法研究磁光效應選取合適的勵磁電流提供理論依據，使測量數據更具有科學性。

打開直流可調穩壓電源，由小到大調節直流可調穩壓電源的電流，控制勵磁電流不能大于直流可調穩壓電源的量程5A，讀取不同勵磁電流下所對應的電磁鐵磁頭中心磁場的磁感應強度。記錄數據并利用origin軟件處理得出磁感應強度B隨勵磁電流I變化的規律。

2.2 冕玻璃磁光效應測量

通常磁光效應實驗研究有正交消光法和磁光調制倍頻法兩種測量方法。正交消光法測量原理是通過觀察光功率計讀數調節檢偏器確定偏轉角，操作簡單，但光功率計示數隨勵磁電流變化不靈敏。磁光調制倍頻法測量時在兩個偏振器之間加一個調制器，通過觀察雙蹤示波器的倍頻信號確定偏轉角，勵磁電流的微弱變化就可以使波形發生改變，提高了靈敏度，對測量結果更加準確。因此本文采用磁光調制倍頻法，同時為了使測量數值更加精確，采用帶有螺旋測微頭的檢偏器測量角度。主要步驟如下

（1）正確連接儀器，打開示波器，微調螺旋測微器到能觀察到穩定的倍頻信號，讀取此時螺旋測微器的數值;調節直流可調穩壓電源到某一固定值，給樣品冕玻璃加上磁場，觀察倍頻信號變化，調節螺旋測微器至再次看到穩定的倍頻信號，讀取此時螺旋測微器的數值，樣品冕玻璃在該磁場下的偏振差值。由此得到對應的法拉第旋光角（實驗所用螺旋測微微頭的最小讀數為0.01mm，螺旋測微頭移動1mm對應轉動角度190min。）

（2）改變勵磁電流，測量得到對應不同勵磁電流的法拉第旋轉角，研究冕玻璃磁光效應特性及規律。

（3）把半導體激光器關閉，用游標卡尺測量冕玻璃的厚度。由2.1測得的磁感應強度與勵磁電流的關系，得到不同勵磁電流對應的磁感應強度。根據公式，計算出冕玻璃的費爾德常數。

3 測量結果及分析討論

按照2.1的步驟進行測量，將測量數據輸入origin軟件進行處理，得到勵磁電流在0-2A范圍內電磁鐵磁頭中心磁感應強度隨勵磁電流線性變化，關系式為。由此，當調節直流可調穩壓電源的勵磁電流時可以直接由公式得到對應的電磁鐵磁頭中心磁場磁感應強度，并且勵磁電流在2A以下調節效果最佳。

按照2.2所列實驗步驟，測得的不同勵磁電流下冕玻璃發生磁光效應對應的螺旋測微器數值，根據磁感應強度隨勵磁電流線性變化的關系式及螺旋測微器測微頭移動0.01mm轉動角度為1.9min，可得對應不同磁感應強度時冕玻璃旋轉角，利用origin軟件得到兩者關系如圖1所示。

擬合得到的方程為：，截距在誤差允許范圍內可以忽略不計，即，根據法公式，將冕玻璃的厚度代入，計算得冕玻璃的費爾德常數5.1910² ，與理論值范圍相符合。需要指出的是在實驗進行中由于實驗室環境的影響，各種儀器的局限性，會導致測量數據具有一定誤差。

4 結論

磁光效應是處于磁化狀態的物質與光相互作用其光學特性發生改變的物理現象。本文首先測量了不同勵磁電流對應的電磁鐵磁頭中心磁場的磁感應強度，得出在0—2A范圍內磁感應強度隨勵磁電流變化成線性關系，在此范圍選擇勵磁電流進行實驗并推算冕玻璃的Verdet常數更為精確。然后對比分析了正交消光法和磁光調制倍頻法，得出磁光調制倍頻法較正交消光法靈敏度更高，測量結果更精確。最后采用磁光調制倍頻法測量了不同勵磁電流（不同磁場）冕玻璃磁光效應的旋轉角，利用origin軟件對測量數據進行處理，得出冕玻璃磁光效應旋光角隨磁場的變化規律，并計算得出冕玻璃的費爾德常數，為其進一步應用提供理論依據。

基金項目：滄州市重點研發計劃指導項目：玻璃材料磁致旋光效應研究，編號：172105003。

（作者單位：滄州師范學院物理與信息工程學院）