1、-. z.磁光調制實驗報告課程：_光電子實驗_*：專業：信息工程大學工程管理學院磁光調制實驗報告一、實驗目的1 觀察磁光調制現象2 測量調制深度與調制角幅度測定旋光角與外加磁場的關系4 測量直流磁場對磁光介質的影響5 磁光調制與光通訊實驗演示二、實驗原理1 磁光效應當平面偏振光穿透*種介質時，假設在沿平行于光的傳播方向施加一磁場，光波的偏振面會發生旋轉，實驗說明其旋轉角正比于外加的磁場強度B，這種現象稱為法拉第Faraday效應，也稱磁致旋光效應，簡稱磁光效應，即： (1)式中l為光波在介質中的路徑，為表征磁致旋光效應特征的比例系數，稱為維爾德Verdet常數。由于磁致旋光的偏振方向會使反射光

2、引起的旋角加倍，而與光的傳播方向無關，利用這一特性在激光技術中可制成具有光調制、光開關、光隔離、光偏轉等功能性磁光器件，其中磁光調制為其最典型的一種。圖1 磁光效應示意圖如圖1所示，在磁光介質的外圍加一個勵磁線圈就構成根本的磁光調制器件。2 直流磁光調制當線偏振光平行于外磁場入射磁光介質的外表時，偏振光的光強I可以分解成如圖2所示的左旋圓偏振光IL和右旋圓偏振光IR兩者旋轉方向相反。由于介質對兩者具有不同的折射率nL和nR，當它們穿過厚度為l的介質后分別產生不同的相位差，表達在角位移上有：式中為光波波長因 ( 2 ) 如折射率差正比于磁場強度B，即可得1式，并由值與測得的B與l求出威德爾常數。

3、交流磁光調制用一交流電信號對勵磁線圈進展鼓勵，使其對介質產生一交變磁場，就組成了交流信號磁光調制器此時的勵磁線圈稱為調制線圈，在線圈未通電流并且不計光損耗的情況下，設起偏器P的線偏振光振幅為A0，則A0可分解為A0 cos及A0 sin兩垂直分量，其中只有平行于P平面的A0 cos分量才能通過檢偏器，故有輸出光強馬呂斯定律其中為其振幅。式中為起偏器P與檢偏器A主截面之間的夾角，I0為光強的幅值，當線圈通以交流電信號i=i0 sint時，設調制線圈產生的磁場為B=B0 sint，則介質相應地會產生旋轉角=0 sint，則從檢偏器輸出的光強為：3由此可知光輸出可以是調制波的倍頻信號。以上就是電信號

4、致使入射光旋光角變化從而完成對輸出光強調制的根本原理。4 磁光調制的根本參量磁光調制的性能主要由以下兩個根本參量來描述。1調制深度4式中Ima*和Imin分別為調制輸出光強的最大值和最小值，在的條件下，參照圖3應用倍角公式，由3式得到在時的輸出光強分別為：5如圖3所示：2調制角幅度0令為光強調制幅度將5式代入化簡得由此可見，假設起偏器P與檢偏器A主截面間夾角時，調制幅度可達最大值此時調制輸出的極值光強為：6將此式代入4式得時的調制深度和調制角幅度：7三、實驗容1 觀察磁光調制現象1按圖4所示，參照圖8系統連接方法準備就緒用鋱玻璃調制器線纜插入主控單元后面板的調制輸出兩插座中。2翻開調制加載開關

5、，調制幅度開關最大，此時直流磁場為零，轉動檢偏器，在示波器上同時觀察到調制波形與解調輸出波形；再細調檢偏器的轉角，即可明顯地看到解調波與調制波的倍頻關系，此時光強指示為最小值，檢偏器透光軸與起偏器透光軸垂直，。2 測量調制深度與調制角幅度在示波器中顯示出解調波形時，調節檢偏器偏角，讀出波形曲線上相應的光強信號的最大值Ima*和最小值Imin ，代入6式和7式，計算出調制深度和調制角幅度0。實驗測得：Ima*=4.56 Imin =0.24調制角幅度=32.08調制深度：=0.93、測定旋光角與外加磁場的關系數據表格：磁感應強度0.0760.1350.2030.2810.3420.4150.48

6、20.5450.612旋轉角0.681.021.482.122.563.133.584.454.87磁感強度與旋光角的圖像：分析:由上圖可以看出兩者根本上呈線性關系。實驗中線偏振光的偏振方向和產生磁場的電流的旋轉方向一致，根據上面原理定義為右旋。誤差分析：實驗過程中，勵磁電流計讀數有一定的誤差；讀數有一定誤差將角度轉化位弧度制4舍5入導致一定的誤差；光路不夠滿足實驗要求，精度不夠導致測量不準確；消光法測量時光電流反響不夠靈敏，最小值不夠準確，導致對于的檢偏器角度讀取有誤差。4 、測量直流磁場對磁光介質的影響1按實驗容1中2步驟，調出調制波的倍頻信號。2將勵磁電磁鐵M插入可調滑座上置于接收器前，

7、電磁鐵中間放入磁光介質重火石，先將重火石插在兩磁軛之間，磁軛平面與兩磁極相吻合如圖10所示。將電磁鐵引出線纜插入后面板的勵磁輸出兩插座中注意：紅對紅，黑對黑。圖103調節可調滑座上下左右，使激光能準確穿過重火石中心。調節接收器滑座，使激光能準確進入接收孔。此時，示波器可見倍頻信號。4開啟直流勵磁，使勵磁線圈通以直流電流IDC，轉動勵磁強度旋鈕，使勵磁指示表到達1.5A，示波器無倍頻信號顯示，此時記下承受器上測角器的讀數建議做此實驗前將測角器刻度0對0，旋轉測角器微調，使示波器重顯倍頻信號，再記下此時測角器讀數，其差值為重火石磁致旋光角。5將測角器刻度0對0，改變直流電流由勵磁電流表讀出，每隔0

8、.3A測量一次，記下旋光角度與相應的偏轉角，畫出 B(IDC)的關系曲線。注：調制線圈中部頂端開有小孔，用以插入特斯拉場強計測量線圈的磁感應強度B由于測試探頭處于線圈邊緣，其中部的B應為2倍測試值。根據B與偏角值，即可由1式計算出磁光介質的維爾德常數。磁感應強度0.07580.13750.20290.28890.35150.42670.5690.5950.6367旋轉角-1.34-4.84-6.77-9.54-12-14.03-17-19.57-21.77 B(IDC)的關系曲線：分析：由上圖可知，MR3玻璃的B關系根本是線性關系。根據上面原理定義，MR3玻璃的法拉第旋光性為左旋。倍頻：四、實驗總結1、在設計倍頻時，開場過程中遇到很大困難，主要是實驗方法的錯誤，后來經過