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摘 要：本文首先详尽的分析了磁光效应的发展历程，几种磁光效应现象的发现和规律。在此基础上，着重对法拉第磁光效应现象及其原理，法拉第磁光效应的实验证进行解析阐述，为参阅者提建设性参考。
关键词：法拉第旋转角;法拉第磁光效应;磁光效应
中图分类号：O451 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）03-0202-02
磁化物质与光之间互相引起的光学现象变化为磁光效应。它是一个集合概念，内含有法拉第效应[1]、克尔磁光效应[2]、塞曼效应以及科顿-穆顿效应。磁化是一个前提条件，体现了光、磁的联系[3]。1845年，光磁效应首先被法拉第发现。他观察到非光学介质中通过了线性偏振光线时，假如存在一个外部磁场，且其方向与光在介质中的传播方向一致，那么光线的振动表面会在通过介质后产生角度旋转。这一现象就是法拉第效应[4]。
1876年克尔（J.Kerr）发现了克尔磁光效应[5]，塞曼在1896年观察到的塞曼磁光效光效应[6]，1896年发现的塞曼磁光效应是所有磁光效应中最著名的。福袼特（W.Voigt）磁光效应（1898年）和科顿（A.Cotton）-穆顿（H.Mouton）磁光效应（1907年）分别被发现。
最近几十年来，磁光器材获利了较大范围的应用。随着科技发展与新型材料的更新换代，对于磁光效应器的研究方法也在不断进步，并且日趋成熟[7]。法拉第效应和克尔效应最为广泛地应用在各个方面，尤其是在高密度计算机存储器中，克尔效应更得到了广泛运用。在发达的工业强国中，已经出现了存储容量达到数以兆计的单片商用可擦除磁光盘，而且我国已经在该方面取得了不菲的成果。
磁光效应反应了光、磁场与物质三者之间的互相影响关系。由于物质具有的电磁性，如介电常数与渗透性能等，会对光的传播产生影响。在外部较强磁场的影响下，物质的电磁性会改变，进而让光线的传播发生改变，产生磁光效应[8]。从广义上讲，磁光效应体现的是光与物质之间的一种关系[9]。
1 法拉第磁光效应
法拉第效应（ Faraday Effect）是一种磁致旋光效应，是沿光传输方向磁化的介質入射平面偏振光后，偏振面会产生旋转，在1845年，法拉第首先观察到了磁光效应，第一次揭示了光和磁场之间存在相互作用，经过大量的实验发现，法拉第效应具有规律。
式中表示法拉第偏转角，L表示光在介质中传播的距离，B代表磁感应的强度，而V称为维尔德常数，是表征介质法拉第效应强弱的物理量，与介质特性相关。
2 法拉第磁光效应的实验验证
磁光纤维具有较强的抗电磁干扰、耐高温、绝缘性好、耐腐蚀等优良性能。测量磁光纤维的法拉第效应有两种主要的方法。方法之一是测量线偏振光穿过光纤与沃拉斯棱镜后发生的偏振面旋转。这个方法优点在于精确度高，然而其实验成本也很高。方法之二是测量线偏振光穿过光纤与第二偏振器之后发生的偏振面旋转。这一方法费用较低，且易于操作，但精确度较低。对此，可以对光纤端部偏振光进行拟合而获得精确度的提升。在此我们将论述第二种方法，用校正旋转工作台的方法来获得法拉第旋转角度。Verdet常数的平均值可根据多次测量的数据计算，对光纤端部偏振光进行拟合，用于校对。在同等条件下获得法拉第旋转角度的数值，用新方法取得Verdet常数的数值，并将其与最初方法获得的Verdet常数的平均数值开展对比，以对新方法的有效性进行验证。
当光与磁场相互作用时，磁致旋光产生。其实质是在磁化介质中，磁场与光波作用而造成偏振光的角度出现一定程度的旋转（见图1）。在图中，B代表平行与光线方向的磁感应强度，代表偏振旋转角度，L代表磁场范围内的光纤长度;V表示光纤所具有的Verdet 常数，则偏振面旋转角度的计算公式为：
在光纤传送过程中通过线偏振光，光纤自身的欠缺以及机器应力会导致双折射现象的发生，而且由于光纤 “粒子”产生感化作用导致光发生散射与导致光波相位也随着而发生改变，从而在光纤尾端产生椭圆偏振光，见图2（a）。在磁场作用下，即偏振面旋转角变化图，见图2（b）。
偏振光的最大值用OB表示，其最小值用OA表示，这些数值通过光在磁场中运动的路径计算而得到。同时用极坐标的方式，可以将上述椭圆方程表示为：
（1）
公式（1）里的a等于OA，表示椭圆短半轴;b等于OB，表示椭圆长半轴。
椭圆上任意一点到椭圆心的距离可以表示为：
（2）
添加磁场后，极坐标中的（2）式在旋转后的中其形式不会发生变化，C点在极坐标中的坐标为，因此：
（3）
OC的大小可通过计算过程光的功率而得到，把OC的数值在公式（1）与公式（2）中代入，则能够得到的数值。
按法拉第旋转角的计算公式，以及磁感应数值的计算公式，能够获得Verdet 常数的计算公式
（4）
（4）式中，代表位于螺线管内的光纤的长度，B代表磁感应的大小强度，代表磁导率常数，N代表绕制螺线管的圈数，I代表通入螺线管的电流强度，代表螺线管总长。
3 结论
本文中以磁光效应为中心，在磁光效应原理及如何实验验证上进行了一些分析探究，着重对法拉第磁光效应原理进行解析阐述，并详述了法拉第效应的实验验证原理。随着法拉第磁光效应的发现，越来越多的磁光效应被人发现，种类丰富的磁光材料也得以开发出来，使其开始应用在社会的许多领域中，方便了人们的生活，也促进了社会的发展。
参考文献：
[1]艾延宝，金永君.法拉第磁致旋光效应及应用[J].物理工程，2002（5）：50-51+60.
[2]刘公强，等.克尔磁光效应的经典理论分析[J].光学学报，1990（1）：67-73.
[3]闫迎利.光的力学效应及其应用[J].中学物理：高中版，2015（6）：35-36.
[4]陈俊如.磁光效应简介及其应用[J].科技风，2018（4）：197.
[5]靳惠莹，李华.磁光克尔效应及其应用[J].教育教学论坛，2011（35）：68-69.
[6]贾翠红，许雪娥.塞曼效应的层叠问题研究[J].大学物理实验，2012，25（4）：60-63.
[7]郑贤利，赵越，杨永.法拉第磁光效应测量费尔德常数的方法[J].高校实验室工作研究，2012（2）：51-52+86.
[8]缪秀平.磁光效应及其应用[J].科教导刊，2011（25）：245-246.
[9]刘强，等.基于铯原子线性法拉第磁光效应的应用[J].光学技术，2011，37（1）：11-13.
（责任编辑：李凌峰）
关键词：法拉第旋转角;法拉第磁光效应;磁光效应
中图分类号：O451 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）03-0202-02
磁化物质与光之间互相引起的光学现象变化为磁光效应。它是一个集合概念，内含有法拉第效应[1]、克尔磁光效应[2]、塞曼效应以及科顿-穆顿效应。磁化是一个前提条件，体现了光、磁的联系[3]。1845年，光磁效应首先被法拉第发现。他观察到非光学介质中通过了线性偏振光线时，假如存在一个外部磁场，且其方向与光在介质中的传播方向一致，那么光线的振动表面会在通过介质后产生角度旋转。这一现象就是法拉第效应[4]。
1876年克尔（J.Kerr）发现了克尔磁光效应[5]，塞曼在1896年观察到的塞曼磁光效光效应[6]，1896年发现的塞曼磁光效应是所有磁光效应中最著名的。福袼特（W.Voigt）磁光效应（1898年）和科顿（A.Cotton）-穆顿（H.Mouton）磁光效应（1907年）分别被发现。
最近几十年来，磁光器材获利了较大范围的应用。随着科技发展与新型材料的更新换代，对于磁光效应器的研究方法也在不断进步，并且日趋成熟[7]。法拉第效应和克尔效应最为广泛地应用在各个方面，尤其是在高密度计算机存储器中，克尔效应更得到了广泛运用。在发达的工业强国中，已经出现了存储容量达到数以兆计的单片商用可擦除磁光盘，而且我国已经在该方面取得了不菲的成果。
磁光效应反应了光、磁场与物质三者之间的互相影响关系。由于物质具有的电磁性，如介电常数与渗透性能等，会对光的传播产生影响。在外部较强磁场的影响下，物质的电磁性会改变，进而让光线的传播发生改变，产生磁光效应[8]。从广义上讲，磁光效应体现的是光与物质之间的一种关系[9]。
1 法拉第磁光效应
法拉第效应（ Faraday Effect）是一种磁致旋光效应，是沿光传输方向磁化的介質入射平面偏振光后，偏振面会产生旋转，在1845年，法拉第首先观察到了磁光效应，第一次揭示了光和磁场之间存在相互作用，经过大量的实验发现，法拉第效应具有规律。
式中表示法拉第偏转角，L表示光在介质中传播的距离，B代表磁感应的强度，而V称为维尔德常数，是表征介质法拉第效应强弱的物理量，与介质特性相关。
2 法拉第磁光效应的实验验证
磁光纤维具有较强的抗电磁干扰、耐高温、绝缘性好、耐腐蚀等优良性能。测量磁光纤维的法拉第效应有两种主要的方法。方法之一是测量线偏振光穿过光纤与沃拉斯棱镜后发生的偏振面旋转。这个方法优点在于精确度高，然而其实验成本也很高。方法之二是测量线偏振光穿过光纤与第二偏振器之后发生的偏振面旋转。这一方法费用较低，且易于操作，但精确度较低。对此，可以对光纤端部偏振光进行拟合而获得精确度的提升。在此我们将论述第二种方法，用校正旋转工作台的方法来获得法拉第旋转角度。Verdet常数的平均值可根据多次测量的数据计算，对光纤端部偏振光进行拟合，用于校对。在同等条件下获得法拉第旋转角度的数值，用新方法取得Verdet常数的数值，并将其与最初方法获得的Verdet常数的平均数值开展对比，以对新方法的有效性进行验证。
当光与磁场相互作用时，磁致旋光产生。其实质是在磁化介质中，磁场与光波作用而造成偏振光的角度出现一定程度的旋转（见图1）。在图中，B代表平行与光线方向的磁感应强度，代表偏振旋转角度，L代表磁场范围内的光纤长度;V表示光纤所具有的Verdet 常数，则偏振面旋转角度的计算公式为：
在光纤传送过程中通过线偏振光，光纤自身的欠缺以及机器应力会导致双折射现象的发生，而且由于光纤 “粒子”产生感化作用导致光发生散射与导致光波相位也随着而发生改变，从而在光纤尾端产生椭圆偏振光，见图2（a）。在磁场作用下，即偏振面旋转角变化图，见图2（b）。
偏振光的最大值用OB表示，其最小值用OA表示，这些数值通过光在磁场中运动的路径计算而得到。同时用极坐标的方式，可以将上述椭圆方程表示为：
（1）
公式（1）里的a等于OA，表示椭圆短半轴;b等于OB，表示椭圆长半轴。
椭圆上任意一点到椭圆心的距离可以表示为：
（2）
添加磁场后，极坐标中的（2）式在旋转后的中其形式不会发生变化，C点在极坐标中的坐标为，因此：
（3）
OC的大小可通过计算过程光的功率而得到，把OC的数值在公式（1）与公式（2）中代入，则能够得到的数值。
按法拉第旋转角的计算公式，以及磁感应数值的计算公式，能够获得Verdet 常数的计算公式
（4）
（4）式中，代表位于螺线管内的光纤的长度，B代表磁感应的大小强度，代表磁导率常数，N代表绕制螺线管的圈数，I代表通入螺线管的电流强度，代表螺线管总长。
3 结论
本文中以磁光效应为中心，在磁光效应原理及如何实验验证上进行了一些分析探究，着重对法拉第磁光效应原理进行解析阐述，并详述了法拉第效应的实验验证原理。随着法拉第磁光效应的发现，越来越多的磁光效应被人发现，种类丰富的磁光材料也得以开发出来，使其开始应用在社会的许多领域中，方便了人们的生活，也促进了社会的发展。
参考文献：
[1]艾延宝，金永君.法拉第磁致旋光效应及应用[J].物理工程，2002（5）：50-51+60.
[2]刘公强，等.克尔磁光效应的经典理论分析[J].光学学报，1990（1）：67-73.
[3]闫迎利.光的力学效应及其应用[J].中学物理：高中版，2015（6）：35-36.
[4]陈俊如.磁光效应简介及其应用[J].科技风，2018（4）：197.
[5]靳惠莹，李华.磁光克尔效应及其应用[J].教育教学论坛，2011（35）：68-69.
[6]贾翠红，许雪娥.塞曼效应的层叠问题研究[J].大学物理实验，2012，25（4）：60-63.
[7]郑贤利，赵越，杨永.法拉第磁光效应测量费尔德常数的方法[J].高校实验室工作研究，2012（2）：51-52+86.
[8]缪秀平.磁光效应及其应用[J].科教导刊，2011（25）：245-246.
[9]刘强，等.基于铯原子线性法拉第磁光效应的应用[J].光学技术，2011，37（1）：11-13.
（责任编辑：李凌峰）