CN203931304U - 一种测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于教学实验仪器技术领域，具体为一种测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置。本实用新型包括半导体激光器、起偏器、会聚透镜、电磁铁、调制器、检偏测角器、探测器、电磁铁直流电源、信号源主机以及示波器。本装置通过正弦波调制和方波调制两种方式，并选用选频放大器进行探测信号处理，可以准确的确定倍频调制点，从而准确测量实验样品的菲尔德常数；电磁铁装置采用磁极中心打孔并且磁头间隙可调的方式，对不同样品可以采用不同的磁场间隙，同时可以激光从磁极中心穿过，方便测量法拉第效应；检偏测角器采用角位移转换成直线位移的方法，可提高测量精度，增加仪器的实验内容。该实验装置可以用于高等院校近代物理实验和设计性研究性实验。

Description

一种测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置

技术领域

本实用新型属于教学实验仪器技术领域，具体涉及一种用来测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置。

背景技术

法拉第效应也称为磁致旋光，是指在处于磁场中的均匀各向同性介质内，线偏振光束沿磁场方向传播时，振动面发生旋转的现象。法拉第效应在磁光隔离、磁场测量、电流测量等方面有重要应用，尤其在激光技术发展后，其应用价值越来越受到重视。

磁光调制是在法拉第效应基础上发展出的新型调制技术，磁光调制主要应用于光偏振微小旋转角的测量技术，它是通过测量光束经过某种物质时偏振面的旋转角度来测量物质的活性，这种测量旋光的技术在科学研究、工业和医疗中有广泛的用途，在生物和化学领域以及新兴的生命科学领域中也是重要的测量手段。

应用在教学实验领域的磁光类仪器多为单独测量，例如国内很早就有厂家生产法拉第效应的测量仪器，但是将法拉第效应和磁光调制做成分离元件并综合在实验导轨上进行组合测量的实验仪器并不多见。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用来综合测量法拉第效应和磁光调制的物理实验装置，可以用于高等院校近代物理实验或者设计性研究性实验。

本实用新型所提供的用来测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置，包括半导体激光器1、起偏器2、会聚透镜3、电磁铁5、调制器6、检偏测角器7、探测器8、电磁铁直流电源9、信号源主机10、示波器11、选频放大器主机12，其中：

所述半导体激光器1出射单色光（如波长650nm的红色单色光），通过起偏器2起偏和会聚透镜3调焦，再穿过电磁铁5的两个磁极和磁极中心的实验样品4，后面经过调制器6和检偏测角器7，最后被探测器8接收，电磁铁5由直流电源9加可调节直流来调节磁场，调制器6通过信号源主机10加正弦波或者方波进行调制，探测器8接入选频放大器主机12进行后期信号处理，通过示波器11测量倍频信号，可以测量实验样品的法拉第效应，去掉样品可以完成磁光调制的相关实验。

本实用新型中，所述的磁光调制器6可以采用正弦波调制和方波调制两种调制方式结合选频放大器来确定倍频消光点，这样可以更加准确地测量实验样品的菲尔德常数。

本实用新型中，所述的电磁铁5，其磁极中心打孔，磁极可平行移动，使得激光可以平行于磁场方向穿过磁极，且，磁极间隙可根据样品厚度来调节。

本实用新型中，所述的检偏测角器7采用螺旋测微头，可将角位移转换成直线位移，从而测量偏转角度，透过转盘上分辨率为1度的刻度对量程8mm、分辨率0.01mm的测微头进行定标，将角度测量分辨率提高到2分左右。

本实用新型中，所述的磁光调制器6由螺线管中心插入大菲尔德常数旋光玻璃样构成，大大提高调制信号灵敏度。

本实用新型中，所述的调制信号检测采用专用选频放大器，输入信号固定在500Hz（左右），则倍频信号在1000Hz，降低了仪器调试难度，提高了实验效果。

本实用新型的优点在于，通过光学导轨将法拉第效应和磁光调制各光学元件组合在一起，使用者可以通过实验效果调节各光学元件达到锻炼学生动手能力的目的；两个实验的相关性也可以通过转换测量得到具体体现。另外采用大菲尔德常数特制旋光玻璃、可调间隙磁铁、以及配测微头的检偏测角器都可以提高实验效果，降低调节难度。

附图说明

图1为本实用新型的测量法拉第效应和磁光调制的装置结构示意图。

图2为电磁铁结构示意图。

图3为调制器结构示意图。

图中标号：1为半导体激光器、2为起偏器、3为会聚透镜、4为实验样品、5为电磁铁、6为调制器、7为检偏测角器、8为探测器、9为电磁铁直流电源、10为信号源主机、11为示波器、12为选频放大器主机、13为激光器红色光线、14为电磁铁载物台、15为电磁铁磁极、16为磁极中心通孔、17为电磁铁线圈、18为调制螺线管线圈、19为调制器旋光玻璃样品、20为调制线圈骨架。

具体实施方式

本实用新型中，法拉第效应测量实验过程如下：半导体激光器1出射波长650nm的红色单色光，通过起偏器2起偏和会聚透镜3调焦，再穿过电磁铁5的两个磁极和磁极中心的实验样品4，后面经过调制器6和检偏测角器7，最后被探测器8接收，电磁铁5由直流电源9加可调节直流来调节磁场，调制器6通过信号源主机10加正弦波或者方波进行调制，探测器8接入选频放大器主机12进行后期信号处理，通过示波器11进行倍频信号观察，注意在磁铁没有加励磁电流时，检偏测角器与起偏器正交，输出光信号最小，调节直流电源9改变励磁电流，使得中心磁场发生变化， 根据法拉第效应，经过样品的线偏振激光偏振面发生偏转，此时只需转动检偏测角器，再次找到消光位置即可得到偏转角，进而计算菲尔德常数，根据磁光调制的原理，加入调制器后，再次消光位置即为倍频点，通过示波器观察倍频效应即可。

本实用新型中，如果完成磁光调制实验，只需要在前面法拉第效应的基础上，去掉电磁铁5和实验样品4即可，由于光路按照法拉第效应已经调整好，所以磁光调制实验不用重新调整光路。

本实用新型中，测量法拉第效应时，可以应用直接消光法测量样品的菲尔德常数，还可以应用磁光调制倍频法来测量，通过两种方法的比较可以试验不同测量手段对测量结果的影响，并且磁光调制作为法拉第效应的精确测量手段可以完全并入法拉第效应实验中。

本实用新型中，电磁铁5采用共轭式磁铁结构，并且两磁极设计成沿磁场方向左右可调，如图2箭头方向所示，这样对不同样品的测量可以自由调整磁极间隙从而大范围改变磁场，所以磁铁线圈可以设计成较小的体积，大大降低了成本。另外磁极中心打孔，激光器光线可以方便调整通过，降低了光路调节步骤，节省了实验时间。

本实用新型中，调制器6采用螺线管形式，如图3所示，中心旋入高菲尔德常数旋光玻璃样品，由于磁致旋光现象明显，所以输入调制信号的很低功率情况下就可以得到很大的调制输出，大大提高了实验效果。另外螺线管式调制器可以让实验操作者清楚了解调制器的器件结构以及作用机理。

本实用新型中，检偏测角器7采用角位移转换成直线位移的方式，用螺旋测微头来精确测量偏振角度，分辨率可以达到2分左右，而且实验时测微头直线读数和外转盘角度读数需要进行定标，可以锻炼操作者的实验分析能力。

本实用新型中，法拉第效应消光位置检测提供直接消光法、正弦波倍频检测法和方波倍频检测法三种测量手段，而后两种倍频检测法采用选频放大器，即输入正弦波或者方波在500Hz左右，消光位置探测信号频率在1000Hz附近，这三种方法在确定消光位置测量时，准确度依次增大，实验者可以进行比较测量。

Claims (6)

1.一种测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置，其特征在于包括半导体激光器、起偏器、会聚透镜、电磁铁、调制器、检偏测角器、探测器、电磁铁直流电源、信号源主机、示波器、选频放大器主机，其中：

所述半导体激光器出射单色光，通过起偏器起偏和会聚透镜调焦，再穿过电磁铁的两个磁极和磁极中心的实验样品，后面经过调制器和检偏测角器，最后被探测器接收；电磁铁由直流电源加可调节直流来调节磁场，调制器通过信号源主机加正弦波或者方波进行调制，探测器接入选频放大器主机进行后期信号处理，通过示波器测量倍频信号，可以测量实验样品的法拉第效应，去掉样品可以完成磁光调制的相关实验。

2.如权利要求1所述的测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置，其特征在于所述的调制器采用正弦波调制和方波调制两种调制方式结合选频放大器来确定倍频消光点。

3.如权利要求1所述的测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置，其特征在于所述的

电磁铁，其磁头中心打孔，其磁极中心打孔，磁极可平行移动，使得激光可以平行于磁场方向穿过磁极，且磁极间隙可根据样品厚度来调节。

4.如权利要求1所述的测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置，其特征在于所述的检偏测角器采用螺旋测微头，将角位移转换成直线位移，从而测量偏转角度，透过转盘上分辨率为1度的刻度对量程8mm、分辨率0.01mm的测微头进行定标。

5.如权利要求1所述的测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置，其特征在于所述调制器由螺线管线圈中心插入大菲尔德常数旋光玻璃组成。

6.如权利要求1所述的测量法拉第效应和磁光调制的综合实验装置，其特征在于调制信号检测采用选频放大器，输入信号固定在500Hz，则倍频信号在1000Hz。