交变磁场下法拉第效应研究

介绍了交变法拉第效应的磁光调制测量原理和方法，分析了亚铁磁材料法拉第Ｆｒａｄａｙ效应和磁光调制深度与交变磁场频率间的关系，证明了交变法拉第旋转幅值θ０的实部θ０小于静磁场下的θ＇ｓ，而虚部θ＇＇０大于θ＇＇ｓ，理论和实验结果相吻合，由此得出结论，采用具有磁圆二向色性的磁光材料做成的调制器不可能达到彻底的开关状态。     

基于法拉第磁光效应的电流方向测量研究

为解决法拉第磁光效应测量电流方向问题,利用法拉第效应原理搭建了测量电流方向的实验系统,研究不同方向电流作用下的磁致旋光特性,测量了不同方向的电流与光传播方向、光旋转角度之间的关系,实验结果表明:迎着光观测,出射线偏振光的旋光方向表现为右旋时,相应的电流方向沿光传播方向;当出射线偏振光的旋光方向表现为左旋时,相应的电流方向与光传播方向相反。实验结果与理论相符,对指导设计同时可以测量电流大小和方向的光学电流互感器等法拉第磁光器件具有重要的应用价值。     

动态法拉第效应及其损耗机制

在磁光介质中，法拉第磁光效应的动态特性与静态特性具有明显的差别．交变法拉第旋转θ_t的实部θ′_t恒小于静态法拉第旋转θ_ｓ的实部θ′_ｓ，θ′_t＜θ′_ｓ，而虚部θ″_t＞θ″_ｓ．分析(BiTm)₃(FeGa)₅O₁₂磁光单晶薄膜法拉第效应的测量结果表明，在交流磁场频率ω＞10 关键词：     

关于磁光调制倍频法的讨论和改进

从理论上证明了磁光调制倍频的原理,着重论述了调制幅度对实验波形的影响,证明了为得到理想的结果,应将调制幅度0θ控制在π/4处.根据磁光调制倍频法的工作原理,分别给出了磁光调制器和测量光路的一种变形,通过改进,利用法拉第效应的非互易性,旋转角变为了原来的2倍.     

用于磁旋转光谱的环形永磁阵列的匀场分布仿真优化

法拉第磁旋转光谱(Faraday rotation spectroscopy, FRS)技术因其高灵敏度,零背景噪声,以及能有效避免抗磁性物质干扰的特性广泛应用于各类顺磁性痕量气体的探测.目前大部分FRS技术采用线圈构造电磁场,存在能耗高、发热多等问题.为此,开展了基于组合环形永磁体的空间磁场分布建模仿真研究,意在建立轴向分布的磁场,为测量FRS提供基于永磁体的沿光轴方向的匀强磁场.仿真采用有限元网格剖分的方法,基于麦克斯韦方程组,开展组合磁环的磁场分布仿真研究,并通过实验测量实际钕铁硼永磁体磁环阵列的磁场分布,证明了建立物理模型的可靠性.在此基础上提出了对永磁体磁环阵列的3种优化方案—单理想值优化、多段式单理想值优化和梯度优化方案,来构造中心轴线磁感应强度分布均匀的匀强磁场.最后通过引入磁场均匀度,计算评估并分析比较了不同优化方案的优化效果,为研发基于永磁体的FRS光谱设备提供参考.     

通电轴对称导线在匀强磁场中所受的安培力

通电直导线置于匀强磁场中,会受到安培力的作用,此安培力大小为F=BIlsinθ.(Β:磁感应强度,Ι:通电导线上的电流强度,ι:导线长度,θ:磁场和导线的夹角)。F方向既垂直于导线,又垂直于磁场方向,可用左手定则来     

超高速碰撞产生磁场的1维模型

 为研究超高速弹丸碰撞靶板产生等离子体诱生的磁场,引用已有关于激光产生等离子体的磁场理论,结合麦克斯韦方程和法拉第电磁感应定律得到了超高速碰撞产生等离子体诱生磁场的1维理论模型。基于已有关于超高速正碰撞产生半球状等离子体云诱生磁场的偏微分方程,建立了柱坐标系下超高速斜碰撞产生部分椭球状等离子体云的偏微分方程。通过感应线圈进行了磁感应强度的实验测量,实验结果与模型预言表明,该模型可近似地描述超高速斜碰撞产生等离子体诱生的磁感应强度。     

直流圆形线圈径向磁感应强度研究

基于毕奥-萨伐尔定律，分别考虑及不考虑直流通电圆形线圈的径向宽度和纵向厚度，推导出两种情况下该线圈沿径向方向的磁感应强度分布公式.然后，利用Matlab软件对获得的分布公式进行数值积分，得到理论上的磁感应强度分布数据.为了考察理论值的正确性，通过设计自制圆形线圈，进行实际测量.结果表明，考虑径向宽度和纵向厚度的影响时，磁感应强度实际测量值与理论值的相对误差较小.通过理论计算与实验研究相结合考察直流通电圆形线圈沿径向方向的磁感应强度分布，既能消除电磁感应法测交变磁场实验中磁场分布的系统误差，还可加强学生对电磁理论的理解与认识，提高电磁学课程的教学效果.     

用磁致旋光效应估测二维磁场分布

为了克服现有测量磁场方法只能单点测量的局限性,基于法拉第磁光效应原理,提出利用磁致旋光估测磁场的方法,提高了磁场测量的效率,获得了磁场的直观分布.建立磁致旋光估测磁场的实验装置,测量了永磁体的磁场,用CCD采集了偏振光通过磁场的图像,通过程序处理可获得磁铁产生的局部磁场二维分布图,并可求得二维分布图上任意点的磁感应强度.     

Faraday镜预转角对FMOCT输出光偏振态的影响

通过计算机仿真，运用琼斯矩阵理论分析了Faraday镜预转角对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响.实验测量了Faraday镜实际预转角的大小，测量了外磁场的改变对Faraday镜预转角的影响.外磁场的存在和变化使Faraday镜预转角偏离初始值，并使系统输出光由理想状态下的线偏振光退化成椭圆偏振光，并引起法拉第镜式光学电流互感器工作灵敏度和稳定性的下降.提出了用电磁屏蔽解决外界磁场影响的方法.     

基于光纤光栅的磁场测量新方法

提出了一种基于光纤光栅中法拉第效应和测量偏振相关损耗的直接测量磁场的新方法,给出了理论分析和实验结果.当有外加磁场时,光纤光栅中的法拉第效应使两个圆偏振光的传播常量改变,从而导致光纤光栅的偏振相关损耗的变化.仿真结果表明,外加磁场与偏振相关损耗峰值在一定的测量范围内存在线性关系,测量结果对温度变化不敏感.分析了光栅的参量对测量性能的影响.实验中得到该方案测量磁场的灵敏度为7.8e-6B/Gs,利用现有精度为10-6 dB的光矢量分析仪得到最小可测磁场为2 Gs.实验与理论吻合较好.     

便携式高精度安培力探究仪

为定量探究影响安培力的因素,设计制作了安培力探究仪.利用电子秤测安培力的大小,通过改变电池节数和电阻来改变电流大小,改变线圈抽头来改变通电导线的长度,用钕铁硼强磁铁来增大匀强磁场的强度和宽度,改变两磁极间距离改变磁感应强度,用角度盘、指针和放大镜组合而成的测角器来清晰显示电流与磁场方向间夹角的大小及其变化.应用该仪器,利于学生理解左手定则和公式F=IlBsinθ.     

费尔德常数到底有多大?

当线偏振光穿越媒质时,由于沿传播方向的磁场影响,振动面将要转动。这种现象称为法拉第效应或磁光效应。振动面旋转的角度θ由以下经验公式给出: θ=VBd,式中B为磁感应强度,d为穿越媒质的长度,比例系数V称为费尔德(Verdet)常数,其数值由实验测定。 我们比较了国内外出版的手册和书籍所列出的费尔德常数值,发现出人颇大,有的甚至差几个量级。有些书中的数值相同,但单位不同。换算成同一单位,则大小就相差甚远了。可见把单位搞错,也可能是以讹传讹的原因之一。经笔者核对,文献[1][2][3]所给的V值彼此相符,可认为它们是正确的。由于各方面条…     

光隔离器

 光隔离器是光纤通信系统和精密光学测量系统中常用到的一种光学器件。在光路中,它的主要作用是阻止光被其他物体反射回来沿原路的传播,如图1所示,从端口①到②的正向光能顺利通过,而阻图1光隔离器的作用止从端口②到①的反向光。随着光通信技术的进一步发展和光电子材料研究热潮的兴起,光隔离器的用途越来越广泛。与此同时,人们对光隔离器的各项特性指标也提出了更高的要求。1.光隔离器的结构组成和工作原理光隔离器由两个线偏振器中间加一法拉第旋转器构成。它的工作原理如图2所示。方向可以这样决定:不管光的传播方向如何,迎着外加磁场的磁感应强度方向观察,偏振光总按顺时针方向旋转。     

原子蒸气激光法分离钆同位素的偏振选择性实验

对原子蒸气激光法分离钆同位素中的光电离选择性进行了实验研究.分析了在偏振选择定则基础上分离钆奇数同位素的基本原理;测量了电离路径中总角动量J=2→2→1→0变化时的光电离选择性;观察了光的偏振状态改变时光电离选择性的变化,通过控制光阑的大小观测到杂散光引起的光电离选择性降低;进行了外磁场对光电离选择性的影响实验,基本给出了磁场方向和大小对于光电离选择性的影响程度.在外磁场方向垂直于光束的偏振方向时,很微弱的磁场就能引起光电离选择性的降低,磁场大小在2×10-4T时就看到了明显的选择性变化.当外磁场的方向平行光束的偏振方向时,磁场对于选择性的影响就显得相对很小.     

基于法拉第效应的空间电磁场测量的方向性研究

为了解决空间电磁场测量中的方向性问题,提出了三维测量和同时测量横、纵向磁场的两种方案.利用琼斯矩阵对三种晶体实例(TbY)IG、Ce:YIG和YIG进行误差计算和仿真,并对MR4磁光玻璃的方向性进行实验测试,理论和实验都证明采用三维测量的方法是可行的.对于第二种方案,利用琼斯矩阵进行公式推导得出椭圆偏振光的方位角、椭偏角与法拉第旋转角、磁致线双折射的数值关系,证明了同时测量横向和纵向磁场分量的可行性.     

基于磁光调制的光弹性应力快速测量方法

提出了基于磁光调制测量光弹性应力的方法,并设计了包括终端配套软件在内的一体化测量装置.通过贝塞尔函数展开推导应力大小及方向的公式,实验中仅需旋转起偏器一次来确定应力的实际方向,降低了旋转玻璃样品在装置设计上的难度;并利用磁光调制的方式正弦调制入射激光,通过检测光强频谱图精准判断消光位置,保证测量的精准度.实验结果表明,通过此方法测得的应力大小及方向精度高,完成一组测量的速度较快.多组测量数据的离散度较小,约1nm/cm,运用该方法对有应力分布的平板玻璃和受压玻璃进行测量并扫描成像,得到它们的应力分布图像.该方法能够准确、快速和无损地测量光弹性样品任意位置的应力.     

基于法拉第效应的电子荷质比测量及不确定度分析

阐述了利用法拉第效应测量电子荷质比方法的基本原理,包括样品色散关系的测量和非线性拟合。测量不确定度的深入分析表明,磁感应强度B与对应的旋光角θ的测量最为关键,其次是样品的色散关系,这为进一步提高测量精度指明了方向。     

交变磁场下磁光薄膜动态法拉第效应特性的测量

论述了在交变磁场下测量磁光薄膜动态法拉第效应的原理和方法，利用此方法，在不同的调制磁场强度和频率下测量磁光薄膜的动态法拉第旋转特性，获得了较好的测量结果，并对测量误差进行了分析。     

固体材料的磁光效应及其应力、温度和色散特性

本文应用经典电磁场理论推导了磁光效应的基本关系式,运用有效场概念得到了适用于各种磁光介质情形的法拉第旋转θ的明确表达式.证明了θ与有效场H_(?)成正比关系并具有强的色散特性;在弱磁介质中外应力对θ具有明显的影响;逆磁性介质的费尔德常数V与温度T无关,有些顺磁性介质的费尔德常数V_p与磁化率x的比值V_p/X=G(1+RT);在反铁磁性和亚铁磁性介质中,θ与各次点阵磁化强度M_(?)有关,其温度特性不仅取决于次点阵磁化强度,而且取决于磁光系数与温度的依赖关系.计算结果与实验符合得很好.计算还表明,当光的传播方向与H_(?)方向垂直时,入射到磁光介质中的线偏振光会分解成一个椭圆偏振光和一个线偏振光,这种磁双折射的相位延迟率的实部和虚部均与H_(?)~2成正比.