法拉第效应的简介 _法拉第效应的发现

法拉第效应的简介

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【法拉第效应的简介】磁光效应是光与具有磁矩的物质共同作用的产物。磁光效应主要有三种，即：法拉第效应、克尔效应、塞曼效应。
光学电流传感器中磁光介质即磁光效应中具有磁矩的物质，是决定光学电流传感器性能的重要器件。具有磁矩的物质可以分为五大类，而在光学电流传感器领域，顺磁性物质的应用最为广泛。1845年，法拉第发现：当一束平面偏振光通过置于磁场中的磁光介质时，平面偏振光的偏振面就会随着平行于光线方向的磁场发生旋转。旋转的这个角度称之为法拉第旋转角。
也称磁致旋光。在处于磁场中的均匀各向同性媒质内，线偏振光束沿磁场方向传播时，振动面发生旋转的现象。1845年M.法拉第发现在强磁场中的玻璃产生这种效应，以后发现其他非旋光的固、液、气态物质都有这种效应。
设磁感应强度为B,光在物质中经过的路径长度为d ，则振动面转动的角度为ψ=VBd,(1)式中V称为费尔德常数,与物质的性质、温度以及光的频率（波长）有关。在一定物质中不论光是沿磁场方向或逆磁场方向传播，振动面的转向都一样，只由磁场方向决定。若转向与磁场方向成右手螺旋关系,该物质的V取为正值，即ψ>0 。
这样，光来回传播同样距离后，其振动面的转角等于单程转角的两倍。这是磁致旋光与天然旋光的区别（天然旋光情形，在来回传播同样距离后振动面恢复原来方位）。法拉第效应与塞曼效应有密切联系。
磁场影响物质分子（原子）中电子的运动，使无磁场时的一条吸收线对于平行于磁场方向传播的入射光分裂为两条，分别对应于右旋和左旋圆偏振光的吸收线，二者频率略有不同（倒塞曼效应）；而且对于这两种圆偏振光又有分别对应的色散曲线。最简单情形如图a所示(面对磁场的指向观察) 。这时,物质对任一频率的两种圆偏振光有不同的折射率n+（左旋）和n_（右旋），从而入射的线偏振光的振动面在传播中发生旋转，转角为（图1）(2)图b中画出n_-n+的曲线。可以看出，图中在吸收线之外ψ>0 ，而在吸收线之间ψ<0；在吸收线区域及其附近， ψ值很大。
由于吸收线的裂距2Δω正比于B,在远离吸收线区域n_－n+也近似正比于B ，故有式(1) 。天然旋光物质中发生磁致旋光现象时，应考虑上述两种效应的叠加。铁磁物质表现出很强的法拉第效应。这时ψ决定于物质中的磁化强度而不是外加磁场。
法拉第效应的发现

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1845 年法拉第（Michal Faraday）发现当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ=VBl ，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。
法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系。促进了对光本性的研究。之后费尔德（Verdet）对许多介质的磁致旋转进行了研究，发现法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。大部分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的费尔德常数稍大。
近年来研究的YIG等晶体的费尔德常数较大，从而大大提高了实用价值。
法拉第效应的实验原理

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法拉第效应是磁场引起介质折射率变化而产生的旋光现象，实验结果表明，光在磁场的作用下通过介质时，光波偏振面转过的角度（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度L及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比，即： θ=VBL式中V称为费尔德常数，它表征物质的磁光特性。几种材料的费尔德常数值如下表。
由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。