El principio experimental del efecto Faraday
El efecto Faraday es un fenómeno de rotación óptica provocado por un cambio en el índice de refracción de un medio provocado por un campo magnético. Los resultados experimentales muestran que cuando la luz atraviesa un medio bajo la influencia de un campo magnético, el ángulo en el que gira el plano de polarización de la onda de luz (ángulo de rotación óptico magnético) está relacionado con La longitud L de la luz que pasa a través del medio es proporcional al componente B de la intensidad de inducción magnética en el medio en la dirección de propagación de la luz. , es decir:
θ=VBL
V en la fórmula se llama constante de Fehr De, que caracteriza las propiedades magnetoópticas de la materia. Los valores de la constante de Verdet para varios materiales se muestran en la siguiente tabla.
En la figura se muestra el dispositivo experimental del efecto Faraday. La luz blanca compuesta generada por la fuente de luz puede obtener luz monocromática con una longitud de onda de 360 a 800 nm después de pasar por un pequeño monocromador. Pasa a través del polarizador y se convierte en luz monocromática polarizada linealmente, y luego pasa a través del electroimán. El electroimán utiliza una fuente de alimentación de CC y hay un orificio de luz en el circuito magnético central para garantizar que la dirección de la luz humana y el campo magnético B sean consistentes. El valor del campo magnético correspondiente se puede obtener según el tamaño de la corriente de excitación. La luz incidente atraviesa la muestra y luego sale por el otro polo del electroimán hacia el analizador. La luz que pasa por el analizador ingresa al tubo fotomultiplicador y la pantalla digital muestra el tamaño de la fotocorriente, es decir, la intensidad de la. tamaño de la luz emitida. El ángulo de rotación óptica se puede obtener en función de la lectura de posición del analizador cuando la intensidad de la luz de salida es máxima (o mínima). La lectura de la posición angular del analizador también se lee en la pantalla digital.
De la explicación de la dispersión por la teoría clásica del electrón, se puede concluir que la relación entre el índice de refracción del medio y la frecuencia de la luz incidente w es:
donde ω0 es la La frecuencia natural del electrón cambia a (ωL±ω0) (ωL es la frecuencia de precesión de la órbita del electrón en el campo magnético externo). El índice de refracción se convierte en:
Según la teoría de la rotación óptica de Fresnel, la luz polarizada plana puede verse como la superposición de dos polarizaciones circulares izquierda y derecha. Los signos positivos y negativos en la fórmula anterior se reflejan allí. es una diferencia en el índice de refracción de estas dos luces polarizadas circularmente, representada por R n y L n . La diferencia de camino óptico que producen después de pasar por un medio de longitud L es:
El ángulo de rotación magnética de la luz polarizada plana sintetizada por ellos es:
Normalmente, nR, nL , y n, la diferencia es muy pequeña, por lo que
sustituyendo esto en la fórmula anterior, y debido a que ωL?ω puede omitir el término ωL, obtenemos:
Se puede ver que el término entre corchetes es la constante de Verde, significa que el valor de V está relacionado con la tasa de dispersión del medio sin campo magnético, la longitud de onda de la luz incidente, etc. Según la ley de Marius, la intensidad de la luz polarizada plana después de pasar a través del medio en el campo magnético y el analizador es:
α es el ángulo entre los ejes de transmisión del analizador y el polarizador, θ es Ángulo de rotación óptico magnético de Faraday. Cuando α=π/4,
Si el campo magnético cambia:
Significa que la intensidad de la luz emitida por el analizador en este momento dependerá linealmente de la corriente i (corriente de modulación ) que genera el campo magnético. Este es el principio de modulación magnetoóptica de la intensidad de la luz. Cuando α=π/4, dI/d= 1, es decir, la sensibilidad de detección de señal del sistema de modulación es la más alta y la distorsión es la más pequeña.