IV. 结论
本实验通过测量一个磁性薄膜的克尔磁滞回线, 对磁光效应的物理效应的物理起 源、唯象理论和微观机制作了更好的解释. 本实验的特色在于运用光弹调制器将与克 尔转角, 克尔椭偏率有关的信号蕴含在参考信号的零阶, 一阶与二阶谐波分量中. 再经 整定器放大后用锁相放大器识别出来, 完成对弱信号的放大.
为验证猜测, 将起偏器转两度, 再次测量克尔转角与磁感应强度的关系. 测得 的磁滞回线如图 3所示. 经比较, 与原猜测符合.
至于克尔椭偏率, 其与磁感应强度的关系, 并不如克尔转角明显. 其主要原因是偏 振的激光经过光弹调制器时, 发生干涉，其一次谐波分量产生变化, 进而改变了克尔 椭偏率. 在光弹调制器的使用说明中写着:” 激光器的极窄的光谱带宽可能导致调制干 扰效应的问题. 这些效应在调制器实验中精确地感兴趣的频率产生杂散信号, 因此是
图 1: 实验光路示意图
示, 应用光弹调制器后, 经过整定器放大后的参考信号的二倍频与直流分量决定克尔 转角, 参考信号的一倍频和直流分量决定克尔椭率. 实验运用了椭偏和锁相放大器巧 妙地完成了对弱信号克尔转角的测量.
3. 克尔转角的标定
由于整定器分别对信号的直流和交流分量进行了放大, 所以锁相放大器测得的信
2. 如果用一个以角速度 ω 旋转的 λ/2 波片代替光弹调制器, 光电探测器的输出信号会 如何变化, 是否也能测出复克尔转角?
二分之一波片就是
o
光和
e
光正入射后相位差
(2n +
1)π,
那么
δ
=
(2n+1)π ,
cos(ωt)
同时
由于斜入射时, 会有较强的反射现象, 那么输出信号的强度将会周期性变化, 由于现在
V. 致谢
感谢 × × × 老师、实验室技术人员、同组人和对实验和报告有帮助的其他人．
[1] 吴思成，荀坤 2015 近代物理实验（第四版）（北京：高等教育出版社）第 134-147 页.
附录 A: 思考题
1. 我们的实验装置对克尔转角和克尔椭偏率的测量精度是否一样高，为什么？
先不考虑光弹调制器对一次谐波分量的影响, （若考虑则克尔椭偏率误差很大） 那么根据公式（1）和（2）可知两者的区别在于一次谐波分量与二次谐波分量的精度, 由于仪器精度决定的绝对误差相同, 都为 0.1mV , 那么因为二次谐波分量较一次谐波 分量大很多, 所以二次谐波分量的相对误差较小. 即克尔转角的测量精度较高.
的公式傅立叶展开后有较复杂的形式, （有一些奇点）所以应该不能简单的用一阶分
量等求出复克尔转角.
磁光克尔效应
×××
×× 大学物理学院 学号：
‘∗
(日期：2017 年 10 月 27 日)
摘要
该实验运用了光弹调制器和锁相放大器对弱信号克尔转角进行了放大, 来测量一 个磁性薄的磁滞回线，对磁光效应的物理效应的物理起源、唯象理论和微观机制作了 更好的理解.
关键词：磁光效应, 克尔转角, 磁滞回线
∗ × × × × ×@ (86)× × × × ~~~~
II. 实验
A. 实验原理
1. 光弹调制器和琼斯矩阵
设 δ 为经过光弹调制器后 y 方向电场分量相对于 x 方向电场分量的相位延迟量,
取 δ0 = δJ0 = 2.405, 为零阶贝塞尔函数的零点, 并测出光强的直流分量 V0, 一次谐波 分量 Vω 和二次谐波分量 V2ω, 即可求出;
√
θk
=
2V2ω 4V0J2 (δJ0 )
号各次谐波分量和直流分量幅度比与光电探测器输出的不一致, （1）式和（2）式将
变为:
θk
=
B V2ω 4V0J2 (δJ0 )
(3)
εk
=
−B Vω 4V0J1 (δJ0 )
(4)
可以考虑将入射光的偏振方向旋转小角度，克尔转角也会旋转小角度来标定 B。
图 2: 克尔转角与磁感应强度的变化关系
III. 实验结果及分析讨论
图 3: 旋转起偏器后的磁滞回线
非常麻烦的. 它们可以容易地具有比被研究的信号更大的量值. 应当注意, 这些效果 对于任何其他光源, 甚至光谱光源（例如汞弧灯和气体放电管）也不重要. ”
B. 实验中各种可能因数对测量误差的影响
影响试验结果的因数有很多. 就样品和光路来说, 如样品表面是否真正与入射激 光垂直, 样品是否与磁感应强度方向垂直, 亥姆霍兹线圈内的磁场强度是否一致等。以 及起偏器, 检偏器, 光弹调制器是否与应成的角度相等; 就仪器精度来说, 锁相放大器 的测量精度和高斯计的测量精度都对误差有影响. 由于光弹调制器对一次谐波分量影 响很大, 暂不作考虑. 至于克尔转角, 回到图 2, 克尔转角大约为 0.3 度, 测量引起的误 差从 0.8 度对应的两段图线来看, 误差大致为 0.03 度, 即误差为 10%.
1
I. 引言
1845 年, 法拉第观察到平面偏振光穿过在光的传播方向加有磁场的玻璃时, 偏振 面会转过一个角度. 之后, 克尔发现平面偏振光从光洁磁极表面反射时, 偏振面会发生 微小偏转., 它们和后来发现的若干效应一起, 统称为磁光效应. 借助磁光效应可以用 光学方法探测物质的磁化状态. 或者在已知试样磁性质的情况下, 测量其所在处的磁 场; 还可以通过外磁场来改变物质对光场的响应行为以达到某种应用目的. 所以, 磁 光效应在磁畴观察、磁光存储、薄膜磁性原位表征、自旋电子学、太阳磁场测量、原 子操作和冷却、光隔离等方面都有重要作用. 本实验通过测量一个磁性薄膜的克尔磁 滞回线, 对磁光效应的物理效应的物理起源、唯象理论和微观机制作了更好的解释.
A. 克尔磁 来测定磁滞回线. 测得的磁滞回线如图 2所示. 算得矫顽力 Hc = B/µ0 = 1.4 × 105A/m, 克尔转角为 0.3 度.
从图中可以看出当外磁场为零时, 仍有不为零的克尔转角. 猜测为通过起偏器入 射的偏振光其偏振方向并不严格沿 x 方向, 而是成 0.5 度的缘故.
(1)
√
εk
=
− 2Vω 4V0J1 (δJ0 )
(2)
2. 锁相放大器
锁相放大器起着抑制干扰和噪声的作用, 并从噪声和干扰中检测信号. 它利用和 被检测信号相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准, 只对被测信号本身和那些 与参考信号同频（或倍频）的分量有响应. 是弱信号检测的一种有效方法. 如图 1所