一種測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型包括半導(dǎo)體激光器、起偏器、會(huì)聚透鏡、電磁鐵、調(diào)制器、檢偏測(cè)角器、探測(cè)器、電磁鐵直流電源、信號(hào)源主機(jī)以及示波器。本裝置通過正弦波調(diào)制和方波調(diào)制兩種方式，并選用選頻放大器進(jìn)行探測(cè)信號(hào)處理，可以準(zhǔn)確的確定倍頻調(diào)制點(diǎn)，從而準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)驗(yàn)樣品的菲爾德常數(shù)；電磁鐵裝置采用磁極中心打孔并且磁頭間隙可調(diào)的方式，對(duì)不同樣品可以采用不同的磁場間隙，同時(shí)可以激光從磁極中心穿過，方便測(cè)量法拉第效應(yīng)；檢偏測(cè)角器采用角位移轉(zhuǎn)換成直線位移的方法，可提高測(cè)量精度，增加儀器的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。該實(shí)驗(yàn)裝置可以用于高等院校近代物理實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性研究性實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】一種測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用來測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]法拉第效應(yīng)也稱為磁致旋光，是指在處于磁場中的均勻各向同性介質(zhì)內(nèi)，線偏振光束沿磁場方向傳播時(shí)，振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。法拉第效應(yīng)在磁光隔離、磁場測(cè)量、電流測(cè)量等方面有重要應(yīng)用，尤其在激光技術(shù)發(fā)展后，其應(yīng)用價(jià)值越來越受到重視。
[0003]磁光調(diào)制是在法拉第效應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展出的新型調(diào)制技術(shù)，磁光調(diào)制主要應(yīng)用于光偏振微小旋轉(zhuǎn)角的測(cè)量技術(shù)，它是通過測(cè)量光束經(jīng)過某種物質(zhì)時(shí)偏振面的旋轉(zhuǎn)角度來測(cè)量物質(zhì)的活性，這種測(cè)量旋光的技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)和醫(yī)療中有廣泛的用途，在生物和化學(xué)領(lǐng)域以及新興的生命科學(xué)領(lǐng)域中也是重要的測(cè)量手段。
[0004]應(yīng)用在教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的磁光類儀器多為單獨(dú)測(cè)量，例如國內(nèi)很早就有廠家生產(chǎn)法拉第效應(yīng)的測(cè)量儀器，但是將法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制做成分離元件并綜合在實(shí)驗(yàn)導(dǎo)軌上進(jìn)行組合測(cè)量的實(shí)驗(yàn)儀器并不多見。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種用來綜合測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的物理實(shí)驗(yàn)裝置，可以用于高等院校近代物理實(shí)驗(yàn)或者設(shè)計(jì)性研究性實(shí)驗(yàn)。
[0006]本實(shí)用新型所提供的用來測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包括半導(dǎo)體激光器1、起偏器2、會(huì)聚透鏡3、電磁鐵5、調(diào)制器6、檢偏測(cè)角器7、探測(cè)器8、電磁鐵直流電源9、信號(hào)源主機(jī)10、示波器11、選頻放大器主機(jī)12，其中:
[0007]所述半導(dǎo)體激光器I出射單色光(如波長650nm的紅色單色光)，通過起偏器2起偏和會(huì)聚透鏡3調(diào)焦，再穿過電磁鐵5的兩個(gè)磁極和磁極中心的實(shí)驗(yàn)樣品4，后面經(jīng)過調(diào)制器6和檢偏測(cè)角器7，最后被探測(cè)器8接收，電磁鐵5由直流電源9加可調(diào)節(jié)直流來調(diào)節(jié)磁場，調(diào)制器6通過信號(hào)源主機(jī)10加正弦波或者方波進(jìn)行調(diào)制，探測(cè)器8接入選頻放大器主機(jī)12進(jìn)行后期信號(hào)處理，通過示波器11測(cè)量倍頻信號(hào)，可以測(cè)量實(shí)驗(yàn)樣品的法拉第效應(yīng)，去掉樣品可以完成磁光調(diào)制的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
[0008]本實(shí)用新型中，所述的磁光調(diào)制器6可以采用正弦波調(diào)制和方波調(diào)制兩種調(diào)制方式結(jié)合選頻放大器來確定倍頻消光點(diǎn)，這樣可以更加準(zhǔn)確地測(cè)量實(shí)驗(yàn)樣品的菲爾德常數(shù)。
[0009]本實(shí)用新型中，所述的電磁鐵5，其磁極中心打孔，磁極可平行移動(dòng)，使得激光可以平行于磁場方向穿過磁極，且，磁極間隙可根據(jù)樣品厚度來調(diào)節(jié)。
[0010]本實(shí)用新型中，所述的檢偏測(cè)角器7采用螺旋測(cè)微頭，可將角位移轉(zhuǎn)換成直線位移，從而測(cè)量偏轉(zhuǎn)角度，透過轉(zhuǎn)盤上分辨率為I度的刻度對(duì)量程8mm、分辨率0.0lmm的測(cè)微頭進(jìn)行定標(biāo)，將角度測(cè)量分辨率提高到2分左右。
[0011]本實(shí)用新型中，所述的磁光調(diào)制器6由螺線管中心插入大菲爾德常數(shù)旋光玻璃樣構(gòu)成，大大提高調(diào)制信號(hào)靈敏度。
[0012]本實(shí)用新型中，所述的調(diào)制信號(hào)檢測(cè)采用專用選頻放大器，輸入信號(hào)固定在500Hz(左右)，則倍頻信號(hào)在1000Hz，降低了儀器調(diào)試難度，提高了實(shí)驗(yàn)效果。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，通過光學(xué)導(dǎo)軌將法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制各光學(xué)元件組合在一起，使用者可以通過實(shí)驗(yàn)效果調(diào)節(jié)各光學(xué)元件達(dá)到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的目的；兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)性也可以通過轉(zhuǎn)換測(cè)量得到具體體現(xiàn)。另外采用大菲爾德常數(shù)特制旋光玻璃、可調(diào)間隙磁鐵、以及配測(cè)微頭的檢偏測(cè)角器都可以提高實(shí)驗(yàn)效果，降低調(diào)節(jié)難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為電磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中標(biāo)號(hào):1為半導(dǎo)體激光器、2為起偏器、3為會(huì)聚透鏡、4為實(shí)驗(yàn)樣品、5為電磁鐵、6為調(diào)制器、7為檢偏測(cè)角器、8為探測(cè)器、9為電磁鐵直流電源、10為信號(hào)源主機(jī)、11為示波器、12為選頻放大器主機(jī)、13為激光器紅色光線、14為電磁鐵載物臺(tái)、15為電磁鐵磁極、16為磁極中心通孔、17為電磁鐵線圈、18為調(diào)制螺線管線圈、19為調(diào)制器旋光玻璃樣品、20為調(diào)制線圈骨架。

【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)用新型中，法拉第效應(yīng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)過程如下:半導(dǎo)體激光器I出射波長650nm的紅色單色光，通過起偏器2起偏和會(huì)聚透鏡3調(diào)焦，再穿過電磁鐵5的兩個(gè)磁極和磁極中心的實(shí)驗(yàn)樣品4，后面經(jīng)過調(diào)制器6和檢偏測(cè)角器7，最后被探測(cè)器8接收，電磁鐵5由直流電源9加可調(diào)節(jié)直流來調(diào)節(jié)磁場，調(diào)制器6通過信號(hào)源主機(jī)10加正弦波或者方波進(jìn)行調(diào)制，探測(cè)器8接入選頻放大器主機(jī)12進(jìn)行后期信號(hào)處理，通過示波器11進(jìn)行倍頻信號(hào)觀察，注意在磁鐵沒有加勵(lì)磁電流時(shí)，檢偏測(cè)角器與起偏器正交，輸出光信號(hào)最小，調(diào)節(jié)直流電源9改變勵(lì)磁電流，使得中心磁場發(fā)生變化，根據(jù)法拉第效應(yīng)，經(jīng)過樣品的線偏振激光偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)只需轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏測(cè)角器，再次找到消光位置即可得到偏轉(zhuǎn)角，進(jìn)而計(jì)算菲爾德常數(shù)，根據(jù)磁光調(diào)制的原理，加入調(diào)制器后，再次消光位置即為倍頻點(diǎn)，通過示波器觀察倍頻效應(yīng)即可。
[0019]本實(shí)用新型中，如果完成磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)，只需要在前面法拉第效應(yīng)的基礎(chǔ)上，去掉電磁鐵5和實(shí)驗(yàn)樣品4即可，由于光路按照法拉第效應(yīng)已經(jīng)調(diào)整好，所以磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)不用重新調(diào)整光路。
[0020]本實(shí)用新型中，測(cè)量法拉第效應(yīng)時(shí)，可以應(yīng)用直接消光法測(cè)量樣品的菲爾德常數(shù)，還可以應(yīng)用磁光調(diào)制倍頻法來測(cè)量，通過兩種方法的比較可以試驗(yàn)不同測(cè)量手段對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并且磁光調(diào)制作為法拉第效應(yīng)的精確測(cè)量手段可以完全并入法拉第效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中。
[0021]本實(shí)用新型中，電磁鐵5采用共軛式磁鐵結(jié)構(gòu)，并且兩磁極設(shè)計(jì)成沿磁場方向左右可調(diào)，如圖2箭頭方向所示，這樣對(duì)不同樣品的測(cè)量可以自由調(diào)整磁極間隙從而大范圍改變磁場，所以磁鐵線圈可以設(shè)計(jì)成較小的體積，大大降低了成本。另外磁極中心打孔，激光器光線可以方便調(diào)整通過，降低了光路調(diào)節(jié)步驟，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
[0022]本實(shí)用新型中，調(diào)制器6采用螺線管形式，如圖3所示，中心旋入高菲爾德常數(shù)旋光玻璃樣品，由于磁致旋光現(xiàn)象明顯，所以輸入調(diào)制信號(hào)的很低功率情況下就可以得到很大的調(diào)制輸出，大大提高了實(shí)驗(yàn)效果。另外螺線管式調(diào)制器可以讓實(shí)驗(yàn)操作者清楚了解調(diào)制器的器件結(jié)構(gòu)以及作用機(jī)理。
[0023]本實(shí)用新型中，檢偏測(cè)角器7采用角位移轉(zhuǎn)換成直線位移的方式，用螺旋測(cè)微頭來精確測(cè)量偏振角度，分辨率可以達(dá)到2分左右，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)微頭直線讀數(shù)和外轉(zhuǎn)盤角度讀數(shù)需要進(jìn)行定標(biāo)，可以鍛煉操作者的實(shí)驗(yàn)分析能力。
[0024]本實(shí)用新型中，法拉第效應(yīng)消光位置檢測(cè)提供直接消光法、正弦波倍頻檢測(cè)法和方波倍頻檢測(cè)法三種測(cè)量手段，而后兩種倍頻檢測(cè)法采用選頻放大器，即輸入正弦波或者方波在500Hz左右，消光位置探測(cè)信號(hào)頻率在1000Hz附近，這三種方法在確定消光位置測(cè)量時(shí)，準(zhǔn)確度依次增大，實(shí)驗(yàn)者可以進(jìn)行比較測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括半導(dǎo)體激光器、起偏器、會(huì)聚透鏡、電磁鐵、調(diào)制器、檢偏測(cè)角器、探測(cè)器、電磁鐵直流電源、信號(hào)源主機(jī)、示波器、選頻放大器主機(jī)，其中: 所述半導(dǎo)體激光器出射單色光，通過起偏器起偏和會(huì)聚透鏡調(diào)焦，再穿過電磁鐵的兩個(gè)磁極和磁極中心的實(shí)驗(yàn)樣品，后面經(jīng)過調(diào)制器和檢偏測(cè)角器，最后被探測(cè)器接收；電磁鐵由直流電源加可調(diào)節(jié)直流來調(diào)節(jié)磁場，調(diào)制器通過信號(hào)源主機(jī)加正弦波或者方波進(jìn)行調(diào)制，探測(cè)器接入選頻放大器主機(jī)進(jìn)行后期信號(hào)處理，通過示波器測(cè)量倍頻信號(hào)，可以測(cè)量實(shí)驗(yàn)樣品的法拉第效應(yīng)，去掉樣品可以完成磁光調(diào)制的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的調(diào)制器采用正弦波調(diào)制和方波調(diào)制兩種調(diào)制方式結(jié)合選頻放大器來確定倍頻消光點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的 電磁鐵，其磁頭中心打孔，其磁極中心打孔，磁極可平行移動(dòng)，使得激光可以平行于磁場方向穿過磁極，且磁極間隙可根據(jù)樣品厚度來調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的檢偏測(cè)角器采用螺旋測(cè)微頭，將角位移轉(zhuǎn)換成直線位移，從而測(cè)量偏轉(zhuǎn)角度，透過轉(zhuǎn)盤上分辨率為I度的刻度對(duì)量程8mm、分辨率0.0lmm的測(cè)微頭進(jìn)行定標(biāo)。
5.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述調(diào)制器由螺線管線圈中心插入大菲爾德常數(shù)旋光玻璃組成。
6.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量法拉第效應(yīng)和磁光調(diào)制的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于調(diào)制信號(hào)檢測(cè)采用選頻放大器，輸入信號(hào)固定在500Hz，則倍頻信號(hào)在1000Hz。
【文檔編號(hào)】G09B23/22GK203931304SQ201420286237
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月2日
【發(fā)明者】陳希江, 時(shí)晨 申請(qǐng)人:上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司