虚实结合式物理实验教学设计——以磁光效应及其在光通信中的应用为例

哈尔滨工业大学(深圳)物理实验中心团队在“新基建”、新一代信息技术背景下,将物理实验教学与信息通信技术有机结合,开发出一系列与光通信技术相关的物理实验项目,并以磁光效应为例,开发了线上虚拟仿真实验项目。线上线下两种教学方式有机融合,使教学方式更加灵活。课程内容兼具科学性、直观性与趣味性,并能实现分层次教学,极大地激发了学生的学习兴趣和创新实践能力,使学生在竞赛中取得了优异的成绩,极大地提升了教学质量。

法拉第磁光效应测量方法及其应用(下)

三、法拉第磁光效应的测量方法在法拉第磁光效应(包括其他磁光效应的测量中,通常得到的数值很小,不是分级而是秒级角度,需要灵敏度较高的仪器。因此,各种磁光效应的测量方法已成为重要的研究课题。概括起来主要有以下几种方法:1、磁光调制法,2、旋转检偏器法,3、光路分离法,4、偏振光分析法。现将上述方法简述如下:

法拉第磁光效应的原理

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。

基于法拉第磁光效应的光学电流传感器电气特性研究

研究了基于法拉第磁光效应的光学电流传感器的电气特性。根据马吕斯定律,仿真分析了起偏镜与检偏镜光轴之间的夹角、交变电流引起的交变法拉第旋转角的幅值对此种光学电流传感器交流响应波形的影响,以及响应的幅值特性和频率特性。通过对此种光学电流传感器电气特性的研究,为实验中出现的问题提供了解决思路,同时也为磁光介质的参数确定提供了依据。仿真和部分实验结果表明此种光学电流传感器在合适参数下具有较好的响应波形以及幅值、频率特性。

磁光效应对BB84协议的影响分析

BB84协议采用四种极化态来进行密钥分发,但在传输的过程中极化态受磁光效应的影响将会发生一定角度的偏转,这将对密钥分发产生非常不利的影响,因此为了顺利得进行量子密钥分发,必须要维持极化态。首先简要介绍了BB84模型以及模型中使用的四种极化态,然后分析了极化态偏转后对量子密钥分发的影响,同时用Matlab进行了仿真,结果表明严重情况下磁光效应将会使通信双方持有的原始密钥不一致。最后给出了一种可行的解决方案。

法拉第磁光效应在可视化涡流检测中的应用

为了实现对亚表面下细小缺陷的检测，采用了法拉第磁光效应和电涡流效应相结合的方法。用间歇式脉冲信号去激励线圈，使靠近该线圈的受检金属试件中产生涡流效应，磁光薄膜在该涡流磁场的作用下产生磁光效应，使经过的线偏振光的偏振方向发生偏转，包含了缺陷信息的光线经偏振分光镜反射后可以被CCD接收，从而就可以检测到亚表面下细小缺陷。试验结果表明，磁光涡流显微成像方法是一种现实、可行的无损检测方法。

基于法拉第磁光效应的大电流测量技术

研制了一种基于法拉第磁光效应的大电流测量装置。该电流测量装置由以法拉第磁旋光玻璃、渥拉斯顿棱镜为核心光学器件的光路系统和信号处理电路两部分组成。利用电子电路控制绕在U形软磁体上的线圈中的电流,形成可调的模拟被测对象,对研制的电流测量装置进行了测试。测试结果表明,所研制的电流测量装置在较大范围内具有较好的线性度。由于国内磁旋光器件的性能与实用要求还有较大距离,使基于法拉第磁光效应的大电流测量技术的实用化还有较长的路要走。

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。

一种基于磁光效应原理的智能化电流传感器

本文提出了一种利用磁光效应原理进行工作的新型光纤大电流传感器 ,它具有很强的电气绝缘和抗电磁辐射干扰能力 ,结构简单 ,量程大 ,适用于高压电网的工频大电流测量。本文主要介绍了传感器的检测原理、方法和系统结构 ,并探讨了温度补偿。

金属多层膜中的磁光效应

本文报导了我们近几年来对薄膜磁光效应方面的主要研究结果。在双层及多层膜中,只要适当地选择层的构成材料及层的厚度,就可能有效地控制薄膜系统的等效光学常数,从而实现从近紫外到近红外光波范围内的极磁光克尔旋转角的增强。发现了几种有较大磁光增强效应的新薄膜材料。在多层膜中,发现了由于层间交换作用和非铁磁层被磁极化所提供的附加磁光效应,使磁光谱发生变化而导至某些波长下磁光效应的增强。

基于横向磁光效应磁化等离子体光子晶体的光子带隙特性

通过外加与电磁波传播方向垂直的磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构。采用时域有限差分方法数值分析了由本征层为等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构和频谱特性。数值结果表明,光子晶体中等离子体的介电常数随着外磁场大小的变化而改变,从而使磁化等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节。

基于PASCO平台的法拉第磁光效应实验

基于PASCO实验平台设计了能在弱磁场下完成的法拉第磁光效应实验,实验装置简单易操作,并能较准确地测定费尔德常量和电子的比荷等.

Ce:YIG磁光薄膜磁光效应机理研究

在对Ce:YIG的电子结构计算的基础上,得出了Ce3+的掺入,Ce3+的5d、4f电子以及Fe3+3d电子之间形成了自旋 轨道劈裂较大的杂化轨道,同时存在Fe3+(3d)→Ce3+(4f)的电子跃迁,它们对磁光效应有重要的贡献,是1.5eV和2.1eV两个跃迁中心的来源,在1.0～3.2eV范围内,分别对不同的掺Ce量的光吸收谱及磁光优值进行了计算,结果与实验符合较好.

稀土石榴石晶体磁光效应微观机制研究

本文用量子理论计算了RE∶YIG(RE=Ce,Pr)晶体薄膜中RE离子经晶场和交换作用劈裂后的能级和波函数及4f^n→4f^(n-1)5d^1电偶极跃迁几率,进而计算了该晶体的Faraday旋转,计算结果与实验完全符合.结果表明,RE∶YIG晶体的磁光效应主要来自RE离子4f^n→4f^(n-1)5d^1的电偶极跃迁;晶场与交换作用起着重要作用.

磁性液体的磁光效应及其应用

本文综述了磁性液体及其与非磁性颗粒复合体的一些磁光效应,如法拉第效应,双折射效应以及二向色性的研究情况。并简述了可能的应用前景.

FeSi／Cu多层膜的磁性和磁光效应

用射频交流溅射法制备了具有不同层厚的ＦｅＳｉ／Ｃｕ多层膜系列样品，通过铁磁共振谱测量发现：当Ｃｕ层厚度（ｄ＿Ｃｕ）小于１５时，Ｆｅｓｉ层间发生交换耦合，室温饱和磁化强度测量发现：ｄ＿Ｃｕ＜１５，磁化强度随ｄ＿Ｃｕ减小而明显下降，磁光克尔谱测量则表明：ｄ＿Ｃｕ＜１５时，谱线出现异常，将上述三个结果进行综合分析提出如下模型：ｄ＿Ｃｕ＜１５，Ｃｕ层中传导电子被反向极化，并通过ＲＫＫＹ相互作用使ＦｅＳｉ层间发生耦合，借助于Ｄｒｕｄｅ模型进行理论计算，得到与实验定性一致的结果。

磁光/涡流检测中磁光传感器的磁光效应分析

运用数学物理方法解释了自然旋光性 ,同时在量子力学和经典电磁场理论的基础上对磁光 涡流成像技术中的法拉第磁光效应作了详细研究 。

磁性液体复合体的磁光效应

制备了含强磁性Ｆｅ３Ｏ４的纯磁性液体胶体和掺入聚苯乙烯小球的磁性液体复合胶体样品，系统测量了样品的双折射效应和线二向色性，并对测量结果进行比较分析。

磁光/涡流成象技术中的法拉第磁光效应的研究

运用数学物理方法解释了自然旋光性 ,同时在量子力学、晶体学和经典电磁场理论的基础上对磁光 涡流成象技术中的法拉第磁光效应作了详细研究 。

基于磁光效应的矢量磁场测量方法研究

用麦克斯韦方程推导了光传播的方向与外磁场为任意方向时各向同性介质中双折射率Δn的大小。推导过程和结果表明在外磁场作用下,各向同性介质出现了双折射现象。总的双折射率的平方为科顿-莫顿效应所引起的双折射率平方与法拉第效应所产生的圆双折射率平方和。结果表明可以用磁光效应来测量矢量磁场,同时也给出了用磁光效应测量矢量磁场的四光路测量法,计算了系统的输出结果。