Faraday laine. Faraday efekti kasutamine

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

postitatud http://www.allbest.ru/

SRÜ HARIDUS- JA TEADUSMINISTEERIUM

LIITRIIGI EELARVELINE KÕRGHARIDUSASUTUS "VORONEZI RIIKLIKU TEHNIKAÜLIKOOL"

ENERGIA- JA JUHTISÜSTEEMIDE TEADUSKOND

TEHNILISTE SÜSTEEMIDE ELEKTRIJUHTIMISE, AUTOMAATIKA JA JUHTIMISE OSAKOND

ABSTRAKTNE

FARADAY EFEKT JA SELLE KASUTAMINE

Lõpetatud

AT-151 rühma õpilane

Paškov P. A.

Kontrollitud

Sazonova T.L.

Sissejuhatus

Efekti põhiomadused

Faraday efekti praktiline rakendamine

Järeldus

Bibliograafia

Sissejuhatus

Polarisatsioonitasandi pöörlemise nähtus on lineaarne polariseeritud valgus, mis läbib pikisuunas magnetiseeritud keskkonda, mille avastas Michael Faraday 1845. aastal ja sai tema järgi nime, kasutatakse laialdaselt ainete füüsikaliste omaduste uurimiseks. Faraday efekti põhjustab ümmargune kaksikmurdumine, st vasak- ja parempoolse ringpolarisatsiooniga lainete murdumisnäitajate erinevus, mis põhjustab polarisatsioonitasandi pöörlemise ja lineaarselt polariseeritud valguse elliptilisuse ilmnemise. Faraday efekti esialgse selgituse andis D. Maxwell oma töös „Valitud teosed elektriteooria kohta magnetväli", kus ta käsitleb magnetismi pöörlevat olemust. Tuginedes muuhulgas Kelvini tööle, kes rõhutas, et valguse magnetilise mõju põhjuseks peaks olema reaalne (mitte kujuteldav) pöörlemine magnetväljas, käsitleb Maxwell magnetiseeritud keskkonda kui "molekulaarsete magnetpööriste kogumit". .” Teooria, mis peab elektrivoolu lineaarseks ja magnetjõude pöörlemisnähtusteks, on selles mõttes kooskõlas Ampere'i ja Weberi teooriatega. D. C. Maxwelli läbiviidud uuringud viivad järeldusele, et ainus mõju, mida keeriste pöörlemine valgusele avaldab, on see, et polarisatsioonitasand hakkab pöörlema ​​keeristega samas suunas, nurga võrra, mis on võrdeline:

aine paksus

kiirga paralleelse magnetjõu komponent,

kiire murdumisnäitaja,

pöördvõrdeline õhu lainepikkuse ruuduga,

magnetpööriste keskmine raadius,

magnetilise induktsiooni mahtuvus (magnetiline läbilaskvus).

D. Maxwell tõestab kõiki “molekulaarsete keeriste teooria” sätteid matemaatiliselt rangelt, andes mõista, et kõik loodusnähtused on põhimõtteliselt sarnased ja toimivad sarnaselt.

Paljud selle töö sätted unustati hiljem või ei saanud neist aru (näiteks Hertz), kuid tänapäeval tuntud võrrandid elektromagnetväli tuletas D. Maxwell selle teooria loogilistest eeldustest.

Efekti põhiomadused

Pikisuunaline magneto-optiline efekt seisneb magnetväljas paikneva läbipaistva keskkonna läbiva valguskiire polarisatsioonitasandi pööramises. See efekt avastati 1846. aastal. Magneto avastus optiline efekt pikka aega oli puhtfüüsilises aspektis märkimisväärne, kuid viimastel aastakümnetel on see andnud palju praktilisi lahendusi. Avastati ka teisi magneto-optilisi efekte, eelkõige tuntud Zeemani efekti ja Kerri efekti, mis väljendub magnetiseeritud meediumilt peegelduva kiire polarisatsioonitasandi pöörlemises. Meie huvi Faraday ja Kerri efektide vastu tuleneb nende rakendamisest füüsikas, optikas ja elektroonikas. Need sisaldavad:

Laengukandjate efektiivse massi või nende tiheduse määramine pooljuhtides;

Amplituudmodulatsioon laserkiirgus optiliste sideliinide jaoks ja pooljuhtide mittetasakaaluliste laengukandjate eluea määramiseks;

Optiliste mittevastastikusete elementide tootmine;

Domeenide visualiseerimine ferromagnetilistes filmides;

Magneto-optiline teabe salvestamine ja taasesitus nii eri- kui ka igapäevaseks otstarbeks.

Faraday efekti vaatlemise ja paljude rakenduste skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 1. Ahel koosneb valgusallikast, polarisaatorist, analüsaatorist ja fotodetektorist. Uuritav proov asetatakse polarisaatori ja analüsaatori vahele. Polarisatsioonitasandi pöördenurka arvestatakse analüsaatori pöördenurgast kuni valguse täieliku väljasuremiseni magnetvälja sisselülitamisel.

Ülekantava kiire intensiivsus määratakse Maluse seadusega

See on aluseks võimalusele kasutada Faraday efekti valguskiirte moduleerimiseks. Polarisatsioonitasandi pöördenurga mõõtmisest tulenevat põhiseadust väljendatakse valemiga

kus on magnetvälja tugevus, proovi pikkus, mis asub täielikult väljas, ja on Verdet konstant, mis sisaldab teavet uuritavale proovile omaste omaduste kohta ja mida saab väljendada keskkonna mikroskoopiliste parameetrite kaudu.

Magneto-optilise Faraday efekti peamine omadus on selle mittevastavus, s.o. valguskiire pööratavuse põhimõtte rikkumine. Kogemus näitab, et valguskiire suuna muutmine vastassuunas / "tagasi" teel / annab sama pöördenurga samas suunas kui "edasi" teel. Seega, kui kiir liigub korduvalt polarisaatori ja analüsaatori vahelt, mõju koguneb. Magnetvälja suuna muutmine, vastupidi, muudab pöörlemissuuna vastupidiseks. Need omadused on ühendatud "gürotroopse keskkonna" kontseptsiooniga.

Mõju seletus ringikujulise magnetilise kaksikmurdmisega

Fresneli järgi on polarisatsioonitasandi pöörlemine ümmarguse kaksikmurdmise tagajärg. Ringpolarisatsiooni väljendatakse paremale (päripäeva) ja vastupäeva pööramise funktsioonidega. Lineaarset polarisatsiooni võib pidada vastupidise pöörlemissuunaga ringpolariseeritud lainete superpositsiooni tulemuseks. Olgu parem- ja vasakpoolse ringpolarisatsiooni murdumisnäitajad erinevad. Tutvustame keskmist murdumisnäitajat ja kõrvalekallet sellest. Siis saame kompleksamplituudiga võnke

mis vastab X-teljega nurga all olevale vektorile See nurk on polarisatsioonitasandi pöördenurk ümmarguse kaksikmurdmise ajal, mis on võrdne

Murdumisnäitaja erinevuse arvutamine

Elektri teooriast on teada, et laengute süsteem magnetväljas pöörleb nurkkiirusega

mida nimetatakse Larmori pretsessioonikiiruseks.

Kujutagem ette, et vaatame ringikujuliselt polariseeritud kiirt, mis läbib Larmori sagedusel pöörlevat keskkonda; kui vektori pöörlemissuunad kiires ja Larmori pöörlemine langevad kokku, siis on suhteline nurkkiirus keskkonna jaoks oluline ja kui neil pöörlemistel on erinevad suunad, siis on suhteline nurkkiirus võrdne.

Kuid meediumil on hajuvus ja me näeme seda

Siit saame polarisatsioonitasandi pöördenurga valemi

ja Verde konstandi jaoks

Praktilised rakendused Faraday efekt

Faraday efekt on omandanud suur tähtsus pooljuhtide füüsika jaoks laengukandjate efektiivse massi mõõtmisel. Faraday efekt on väga kasulik pooljuhtplaatide homogeensuse astme uurimisel, eesmärgiga lükata tagasi defektsed vahvlid. Selleks skaneeritakse üle plaadi infrapunalaseri kitsa sondikiirega. Need kohad plaadil, kus murdumisnäitaja ja seega ka laengukandjate tihedus erineb määratud väärtustest, tuvastatakse plaati läbiva kiirguse võimsust registreeriva fotodetektori signaalidega.

Vaatleme nüüd Faraday efekti põhjal amplituudi ja faasi mittevastastikuseid elemente /ANE ja FNE/. Lihtsamal juhul koosneb ANE optika spetsiaalsest magneto-optilisest klaasist plaadist, mis sisaldab haruldaste muldmetallide elemente, ja kahest kilepolarisaatorist (polaroid). Polarisaatorite ülekandetasandid on orienteeritud üksteise suhtes nurga all. Magnetväli luuakse püsimagnetiga ja valitakse nii, et polarisatsioonitasandi pöörlemine klaasi poolt on. Siis on teel “edasi” kogu süsteem läbipaistev ja teel “tagasi” läbipaistmatu, s.t. see omandab optilise klapi omadused. FNE on loodud reguleeritava faasierinevuse loomiseks kahe lineaarselt polariseeritud vastaslaine vahel. FNE on leidnud rakenduse optilises güromeetrias. See koosneb magneto-optilisest klaasplaadist ja kahest plaadist, mis toovad sisse faasierinevuse ja. Magnetväli, nagu ANE-s, luuakse püsimagneti abil. "Edasi" teel muudetakse plaati läbinud lineaarselt polariseeritud laine parempoolse pöörlemisega ringpolariseeritud laineks, seejärel läbib sobiva kiirusega magneto-optilise plaadi ja seejärel teise plaadi. mille lineaarne polarisatsioon taastub. Teel "tagasi" saadakse vasakpoolne polarisatsioon ja see laine läbib magneto-optilist plaati kiirusega, mis erineb parempoolse laine kiirusest ja muundatakse seejärel lineaarselt polariseerituks. FNE sisestamisega ringlaserisse tagame aja erinevuse, mis kulub vastaslainete ringlemiseks ümber vooluringi, ja sellest tuleneva erinevuse nende lainepikkustes. Faraday efekti murdumine

Ostsillaatorite loomuliku sageduse vahetus läheduses kirjeldatakse Faraday efekti keerukamate mustritega. Võnkuva elektroni liikumisvõrrandis on vaja arvestada sumbumist

Tuleb märkida, et mööda magnetvälja levivate ringpolariseeritud lainete korral on dispersioonikõveral ja neeldumisjoone spektraalkontuuril antud keskkonnas sama kuju, mis magnetvälja puudumisel, erineb ainult nihke poolest. sagedusskaala paremale positiivse pöörlemissuuna vektoriga lainele ja vasakule - vastupidise pöörlemissuunaga lainele.

Joonisel 3 on katkendlikud jooned ja funktsioonide graafikud ning nende erinevus on näidatud pideva joonega. On näha, et läheduses muutub Faraday efekti märk kaks korda: polarisatsioonisuuna lähedal asuvas sagedusvahemikus toimub pöörlemine negatiivses suunas ja väljaspool seda intervalli - positiivses suunas. Siiski tuleb meeles pidada, et sisse sel juhul efekt ei piirdu ainult langeva laine polarisatsioonisuuna pöörlemisega. Läheduses on valguse neeldumine märkimisväärne ja antud väärtuse juures on langeva laine ringpolariseeritud komponentide sumbumiskoefitsiendid erinevad (ringdikroism). Seetõttu ei ole pärast proovi läbimist nende komponentide amplituudid võrdsed ja nende liitmisel saadakse elliptiliselt polariseeritud valgus.

Oluline on mõista, et Faraday efekti korral mõjutab magnetväli valguse polarisatsiooni olekut ainult kaudselt, muutes valguse levimise keskkonna omadusi. Vaakumis ei mõjuta magnetväli valgust.

Tavaliselt on polarisatsioonisuuna pöördenurk väga väike, kuid polarisatsiooniseisundi mõõtmise eksperimentaalsete meetodite suure tundlikkuse tõttu on Faraday efekti aluseks arenenud optilised meetodid aatomikonstantide määramiseks.

Järeldus

Faraday efekt on füüsika vallas üks olulisemaid nähtusi, mis on leidnud oma rakenduse praktikas ja pole ajalooannaalidesse kadunud. Ilma selle efektita ei saaks konstrueerida paljusid kaasaegses elus väga olulisi seadmeid. Näiteks kasutatakse kõnealust efekti lasergüroskoopides ja muudes lasermõõteseadmetes ning sidesüsteemides. Lisaks kasutatakse seda ferriitmikrolaineseadmete loomisel. Eelkõige on Faraday efekti põhjal ehitatud mikrolaine tsirkulatsioonipumbad ringikujulisele lainejuhile. Selle nähtuse avastamine võimaldas luua otseühenduse optiliste ja elektromagnetiliste nähtuste vahel. Faraday efekt näitab selgelt spetsiifilisust. magnetilise pingevektori olemus. väljad H (H on aksiaalvektor, "pseudovektor"). Polarisatsioonitasandi pöördenurga märk Faraday efekti ajal (erinevalt loomuliku optilise aktiivsuse korral) ei sõltu valguse levimissuunast (mööda välja või vastu välja). Seetõttu põhjustab valguse korduv läbimine läbi magnetvälja asetatud keskkonna polarisatsioonitasandi pöördenurga suurenemise vastava arvu kordi. See Faraday efekti omadus on leidnud rakendust niinimetatud mittevastastikusete optiliste ja raadiomikrolaineseadmete kujundamisel. Faraday efekti kasutatakse laialdaselt teadusuuringutes.

Bibliograafia

1. Kalitievsky N.I. Laineoptika: õpik. 4. väljaanne, kustutatud. - Peterburi: kirjastus Lan, 2006. - 480 lk.

2. Sivukhin D.V. Füüsika üldkursus: Õpik. käsiraamat ülikoolidele. 5 köites T. IV. Optika. - 3. väljaanne, kustutatud. - M.: FIZMATLIT, 2006. - 729 lk.

3. Füüsiline entsüklopeedia. T.2 / L.I. Abalkin, I.V. Abašidze, S.S. Averintsev ja teised; toimetanud OLEN. Prokhorova - M.: Kirjastus "Nõukogude entsüklopeedia", 1990. - Lk 701-703.

Postitatud saidile Allbest.ru

Sarnased dokumendid

Valguse polarisatsioonitasandi pöörlemine magnetvälja mõjul. Optiliste tsirkulatsioonipumpade omadused. Peegelduskoefitsient, Faraday efekti kasutamine. Kahtmurduvate rutiilkristallelementide kasutamine polarisaatoritena.

aruanne, lisatud 13.07.2014


Elektrodünaamika areng enne Faradayt. Faraday töö alalisvoolust ja tema ideed elektri- ja magnetväljade olemasolust. Faraday panus elektrodünaamika ja elektromagnetismi arendamisse. Kaasaegne vaade Faraday-Maxwelli elektrodünaamikast.

lõputöö, lisatud 21.10.2010


Michael Faraday lapsepõlv ja noorus. Töö algus kuninglikus institutsioonis. M. Faraday esimesed iseseisvad uurimused. Seadus elektromagnetiline induktsioon, elektrolüüs. Faraday tõbi, hiljutine eksperimentaalne töö. M. Faraday avastuste tähendus.

abstraktne, lisatud 06.07.2012


Potentsiomeetrilise efekti mõiste ja selle rakendamine tehnoloogias. Potentsiomeetrilise seadme ekvivalentskeem. Füüsikaliste suuruste mõõtmine potentsiomeetrilise efekti alusel. Potentsiomeetrilisel efektil põhinevad andurid.

test, lisatud 18.12.2010


Fotoelastse efekti kontseptsioon ja üldised omadused ning selle rakendamine pingejaotusest pildi saamiseks. Füüsikaliste suuruste mõõtmise põhimeetodid: valguskiirguse, rõhu ja kiirenduse parameetrid fotoelastse efekti abil.

kursusetöö, lisatud 13.12.2010


Faraday töötab alalisvoolul. Faraday sätete uurimine elektri- ja magnetvälja olemasolu ja vastastikuse muundamise kohta. Elektromagnetiliste protsesside mudelesitus. Kaasaegne vaade Faraday ja Maxwelli elektrodünaamikast.

lõputöö, lisatud 28.10.2010


Peltieri efekti avastus, selgitus. Peltieri soojuse mõõtmise katse skeem. Pooljuhtstruktuuride kasutamine termoelektrilistes moodulites. Peltieri mooduli struktuur. Peltieri mooduliga jahuti välisvaade. Peltieri moodulite tööomadused.

kursusetöö, lisatud 08.11.2009


Valguse lainelised omadused: dispersioon, interferents, difraktsioon, polarisatsioon. Jungi kogemus. Valguse kvantomadused: fotoelektriline efekt, Comptoni efekt. Kehade soojuskiirguse seaduspärasused, fotoelektriline efekt.

abstraktne, lisatud 30.10.2006


Halli efekti seletus elektronteooria abil. Halli efekt ferromagnetites ja pooljuhtides. Halli EMF-andur. Saali nurk. Saali konstant. Halli efekti mõõtmine. Halli efekt lisandite ja sisemise juhtivuse jaoks.

kursusetöö, lisatud 02.06.2007


Elektro-optilise Kerri efekti uurimine. Meetodid Kerri konstandi eksperimentaalseks saamiseks. Polaarsete ja mittepolaarsete molekulide teooria. Kerri efekti olemasolu ja rakendamise kestus. Kahekordse murdumise mehhanism vahelduvates väljades.

Isegi täiesti vastastikuses süsteemis ei ole Sagnaci faasinihe ainult pöördumatuse täpne mõju. Eelkõige tänu magnet-optilisele Faraday efektile pikisuunaline magnetväli IN muudab ringpolariseeritud laine faasi, mis on kollektiivselt määratud Verdet koefitsiendiga V keskkond. Selle faasinihke märk sõltub ringpolarisatsiooni vasak- või parempoolsest iseloomust, samuti välja suhtelisest suunast ja valguse levimisvektorist. On hästi teada, et see faasinihe võib ilmneda lineaarselt polariseeritud valguse orientatsiooni muutusena, mis tuleneb vasak- ja parempoolsete ringpolariseeritud komponentide vastassuunalisest faasinihkest: , Kus L– söötme pikkus. Seda võib defineerida ka kui faasierinevust ringkiudinterferomeetris, milles identsed ringpolariseeritud lained on suunatud ümber pooli vastassuundades (joonis 7.1). Nagu on näidatud 1. lisas, on see faaside erinevus võrdne kahekordse Faraday pöördenurgaga:

(7.1)

Esialgu tundub, et üldine mõju Faraday piki kogu kontuuri on võrdeline lineaarse integraaliga IN mööda seda kontuuri. Suletud ahela korral peaks tulemus olema Ampere'i seaduse järgi nullist erinev ainult siis, kui kontuuris on juhtiv elektrivool. Kiudanduri elektrivoolu demonstreerimiseks on kasutatud toroidaalset suletud ahela konfiguratsiooni, kuid fiiberoptiline güroskoop ei pea olema magnetväljade suhtes tundlik keskkond, ristuvate elektrivoolude puudumise tõttu. Kuid see on tõsi ainult siis, kui polarisatsiooni olek säilib piki kiudu. Faraday faasinihe kogunes piki elementaarse pikkusega vektorit dz, on

(7.2)

kus on koefitsient, mis sõltub polarisatsiooni olekust. Lineaarse polarisatsiooni korral on see null ja ringpolarisatsiooni korral ± 1. Sellel on elliptiliste polarisatsioonide vahepealsed väärtused. Kogu faasierinevus mõlema vastassuunalise laine vahel on esindatud seosega

(7.3)

mis võib olla nullist erinev isegi siis, kui rea integraal on võrdne nulliga, kuna see ei ole konstantne. See on tingitud polarisatsiooni muutumisest piki kiudu, mis tuleneb jääk-kaksimurrutusest. Konfiguratsioonid, mis kasutavad painutustest põhjustatud kaksikmurdmist, suurendavad tundlikkust väliste magnetväljade suhtes, nagu on näidatud rõnga interferomeetri magnetomeetriga.

Kui eeldame, et Maa magnetvälja mõju B maapind integreeriti struktuurselt kogu kiu pikkuse ulatuses L, on maksimaalne vastastikune faaside erinevus

(7.4)

Verdet konstant V mille sõltuvus lainepikkusest λ –2 on võrdne 2 rad m – 1 T –1 0,85 µm kohta ja B Maa on tavaliselt 0,5 G (või 5 10–5 Teslat), ulatub 0,2 radni pooli pikkuse 1 km kohta. Eksperimentaalselt on täheldatud, et tavapärast kiudu kasutavas güroskoobis on kompensatsioonitegur ligikaudu 10 3, mis annab mõõtmisvea, mis on ligikaudu võrdne maapinna pöörlemiskiirusega (st 15 kraadi/h).

Pange tähele, et Faraday efekt on antud ka teaduslikes ja õppekirjandus sõltuvalt väljast H. Kuna diamagnetilistes materjalides nagu ränidioksiid, IN Ja N on võrdelised ja suhteline magnetiline läbilaskvus on lähedane ühtsusele, Verdet konstandi mõõtühikule V saadakse selle "B-väärtuse" korrutamisel ; see tähendab "H-väärtus" V see on 2,5 10 –6 rad A–1 lainepikkustel alates 0,85 µm.

Polarisatsiooni säilitava kiu kasutamine on väga kasulik kahemurdusest põhjustatud pöördumatuse vähendamisel, ka magnetsõltuvuse vähendamisel ning praktikas muutub Faraday jääkfaasi viga suurusjärgus 1 mrad 1 G (10 -4 Tesla) kohta. Siiski ei ole efekt täiesti null, olenemata praktiliste kiudude kaksikmurdetelgede jääkpöördest. Seda olemasolevat väga suurte pingete kogemust, mis kipuvad tekitama pingestatud varraste jaoks spiraalset kuju, ja pingest põhjustatud kiudude suurt kahemurdmist, kasutatakse polarisatsiooni säilitamiseks nende põhitelgede aeglaselt muutuva orientatsiooniga.

Kui lineaarselt kaksikmurdva kiu põhiteljed pööratakse, ei ole polarisatsiooni omamoodid lineaarselt polariseeritud olekus. Seda võib täheldada Poincaré sfääril (vt 2. lisa), defineerides "puhkuse" seoses referentsiga, mis põhjustab põhitelgede pöörlemise pöörlemiskiirusele t w(rad/m). Selles puhkeseisundis kujutab lineaarset kahemurduvust stabiilne ekvatoriaalvektor, kuid võrdlusraami muutuse arvessevõtmiseks on olemas täiendav ümmargune kaksikmurdevektor, mis on suunatud piki polaartelge (joonis 7.2). Väärtus vastab nõudele t w, kuid see vastab vastupidisele pöörlemissuunale. Kogu kaksikmurdumine saadakse lihtsalt vektorite summana . Väärtus on palju väiksem kui , vastasel juhul ei säili polarisatsioon üldse; seega kaks stabiilset ortogonaalset polarisatsiooniseisundit, mis on kergelt elliptilised, vastavad lõikekohale Poincaré sfääriga. Naastes tagasi kahe oleku "labori" diagrammi juurde, mis säilitavad sama elliptilise konstandi, kuid nende väike- ja suurtelg pöörlevad kaksikmurdva kiu põhitelgede suhtes. Polarisatsioon "nihkub aeglaselt" kaksikmurdetelgede pöörlemisel ja muutub kergelt elliptiliseks.

Rõngasinterferomeetris, kasutades selliseid polarisatsiooni säilitavaid kiude, võib pidada magnetväljal väheseks sõltuvuseks polarisatsiooni olekust kahes vastassuunas. Kuid see muudab vastusuunaliste lainete faase sõltuvalt koefitsiendist α R, võrdne elliptilise olekuga; ehk suhe Kogunenud Faraday faaside erinevus on seega

(7.5)

Selle tulemusena ümara raadiusega mähise jaoks R see annab

(7.6)

kus on vektori nurk IN alusteljega. See valem on samaväärne "sünkroonse demodulatsiooniga" paindeastmest t w(z) kui "sagedus" (2π R) –1 integraalist "aeg" L.

Jääkmagnetiline sõltuvus sobib seega sageduse ruumiliste komponentidega t w(z) võrdub pöördperimeetriga 2π R ribalaiuses, mis võrdub pooli kogupikkuse pöördväärtusega. Eeldades et t w(z) on konstantse võimsustihedusega juhuslik funktsioon, saab rakendada tavalisi valge müra tuvastamise tulemusi võimendi abil.

Kui rakendus nõuab väga väikest magnetilist sõltuvust, võimaldab see ühe või kahe suurusjärgu võrra edasist täiustamist, mõõtepool on varjestatud suure magnetilise läbilaskvusega materjaliga, näiteks µ-metalliga. Pange tähele, et Faraday efekti sõltuvuse λ–2 tõttu vähendab pikemate lainepikkuste (st 1,3 või 1,55 µm) kasutamine faasiviga 3–4 korda, võrreldes 0,85 µm-ga sarnaste kiudude defektide korral.

Nagu me juba nägime, tagavad polarisatsiooni säilitavad kiud parim vähendamine Faraday pöördumatus kui tavalised kiud. Siiski on näidatud, et kui polarisaatori ja mähise pistiku vahele asetada lisaks mähise depolarisaatorile täiendav depolarisaator, väheneb ka Faraday pöördumatus oluliselt isegi tavalise fiibermähise korral.

Mittelineaarne Kerri efekt

Teine oluline pöördumatu mõju juhtum võib tuleneda mittelineaarsest optilisest Kerri efektist. Vastastikkus põhineb tõepoolest lineaarsel ülekandevõrrandil (vt punkt 3.1), kuid vastulevivate lainete võimsustasemete tasakaalustamatus võib tekitada väikeseid faasierinevusi, mis tulenevad levimise mittelineaarsusest, mis on tingitud suurest optilise võimsuse tihedusest räni väga väikeses südamikus. kiudaineid. Aeglased kõikumised jagaja võimsusteguri jaotuses, mõõtepooli ergastus võivad seetõttu viia otse triivi nihkeni. Eksperimentaalselt tekitab 1 µW võimsuse erinevus (nt tuleneb 10–3 allika eraldamise tasakaalustamatusest 1 µW) ebakõla koefitsientide erinevusega, mis on väiksem kui 10–15 ; kuid integreerituna piki mitusada meetrit kiudu tekitab see mitu 10–5 rad faasierinevust, mis on teoreetilise tundlikkuse piirist vähemalt kaks suurusjärku suurem. Seda saab vähendada, vähendades lihtsalt kiu võimsust, kuid see suurendab suhtelise tuvastamismüra mõju.

Pöörlemiskiirusest põhjustatud Kerri efekti põhjustatud vea tulemusena on see tegelikult nelja laine keerulise segunemisprotsessi tulemus, mitte ainult iga vastusuunatud laine konstandi iseseisvast levimise intensiivsusest. . See oleneb ka vastaslainete intensiivsusest. Lineaarses keskkonnas elektriline polarisatsioonivektor P määratletud kui (vt I liide)

, (7.7)

kuid kui lainel on kõrge energiatihedus (st suur E väli), ilmub kolmandat järku mittelineaarse sõltuvuse lisaliige: vastuvõtlikkus ja skalaar ruut | E| 2 elektrivälja ja P muutub

(7.8)

Suhteline dielektriline konstant muutub

(7.9)

ja tegelik murdumisnäitaja on täiendav mittelineaarne termin

. (7.10)

Rõngasinterferomeetris, kus kaks välja E 1 Ja E 2 levivad vastassuundades, kaks polarisatsioonivektorit P 1 Ja R 2 tuleb arvestada igas levimissuunas. Endised seosed vektorite vahel R Ja E kasutati ühe laine jaoks, kuid nüüd ei saa iga vastusuunalist lainet pidada iseseisvaks. Üldine polarisatsioonivektor P 1 + P2 kuulub üldvaldkonda E 1 + E 2 ning seetõttu

Potentsiaalne vastuolude allikas tuleneb liikmest , mis tähistab konstantse laine intensiivsust, mis tuleneb mõlema vastasvälja vahelisest interferentsist E 1 Ja E 2.

Eeldades pidevaid monokromaatilisi laineid, millel on sama lineaarne polarisatsioon ja sama sagedus ω ning vastupidise levimissuuna konstandid β ja –β, saame

, , (7.12)

kus z on ruumiline pikikoordinaat piki pooli kiude. Pärast seda annab

(7,1З)

Selle seose kaks esimest tingimust sõltuvad kahe laine ruutude (st intensiivsuste) summast ja annavad seetõttu mittelineaarsed muutuste koefitsiendid E 1 Ja E 2 igas vastassuunas. Teisest küljest põhjustavad kaks viimast terminit ebakõla, kuna

(7.14)

ja just nii,

Terminite mõju ruumilisel sagedusel 3β või –3β annab levimisel keskmise väärtuse, kuid ülejäänud kaks vastavate faaside liiget β ja –β annavad lainete levimisel pideva tundlikkuse muutuse. Iga polarisatsioonivektor on tegelikult

See annab erineva mittelineaarse murdumisnäitaja muutuse igas vastassuunas:

ja mittevastava murdumisnäitaja erinevus:

(7.18)

Tuginedes ühtlasele intensiivsuse jaotusele umbes 5 μm läbimõõduga südamiku piirkonnas, saab seda Kerri efektist tingitud erinevust hinnata räni väärtuse järgi sõltuvalt võimsuse erinevusest Δ P(proportsionaalne ) mõlema suuna vahel, näiteks:

See erinevus on väga väike, kuid Sagnaci efekti jaoks, kui see on kogu pikkuses integreeritud L fiibermähis suurendab oluliselt faaside erinevust. Lainepikkustel alates 0,633 µm:

See analüüs näitab, et Kerri efekti ebajärjekindluse tulemused on tingitud ainult mittelineaarse eksponendi moodustumisest difraktsioonvõre, mis on tingitud häiretest kahe vastassuunalise laine vahel kiududes, mida konstantne laine tekitab. Nagu varem mainitud, kui selle konstantse laine erinevus mõnes protsessis välja pestakse, tuleks ebakõla vähendada. See oluline punkt selgitab, miks lühikese koherentsuspikkusega lairibaallikate kasutamine Kerri mittevastavust oluliselt vähendab: konstantne laine on võrreldav ainult koherentsuspikkusega võrdsel kaugusel L c kiupooli keskel (joonis 7.3) ja seetõttu integreeritakse murdumisnäitaja erinevuse mõju ainult piki L c ja mitte kogu kiu pikkuse ulatuses L!

Kerri mittevastavuse tühistamist lairibaallikaga seletati algselt valguse intensiivsuse varieerumise statistikaga. Tegelikult käsitleb see algne selgitus moduleeritud laine intensiivsuse juhtumit, mis annab murdumisnäitaja mittelineaarsed ajast sõltuvad häired. t ja koordinaadid z kiudainetes:

Oluline omadus nendest võrranditest, nagu me juba nägime, on ühe laine võimsuse kahekordse ületamise efekt, selle enesemõju. Esmalt pakuti välja monokromaatilise allika kasutamine ristkülikukujulise laine intensiivsuse modulatsioonis, et vähendada töös Kerri vastuolu. Sel juhul on ristefektid olemas ainult siis, kui mõlemad vastandlikud intensiivsused kattuvad (joonis 7.4) (st poole ajast), samas kui eneseefekti esitatakse kogu aeg. Seega vähendab ristumisefekti teine ​​tegur keskmist ühtsuse väärtust, mis tõhusalt tühistab ebakõla, kuna keskmised faasivõnked muutuvad mõlemas suunas identseks.

Selline kompensatsioon ei piirdu ruutlainetega ja see kehtib keskmise väärtuse korral<I> moduleeritud intensiivsus on võrdne selle standardhälve . Tänu kesksele piiriteoreemile on lairibaallika polarisatsioonil juhuslikud intensiivsused eksponentsiaalse tõenäosusjaotusega:

(7.21)

ja see täidab nõuded , mis tagab, et ei esine Kerri efektist põhjustatud ebakõlasid.

Kuid mittelineaarse efekti ja muude koherentselt seotud lineaarsete efektide sarnasust piirab lairiba pidevate valgusallikate kasutamine, mis hävitab seisulaine kontrasti, kuid tagab, et mõlemad vastassuunalised valguse intensiivsused on kius konstantsed. Väga lühikesed impulsid võivad piirata ka koherentse tagasipeegelduse, tagasihajumise ja polarisatsiooni mittevastavuse mõju, kuid mittelineaarsuse probleemi puhul kogeb iga vastusuunaline impulss peamiselt eneseefekti, mis põhjustab võimsuse tasakaalustamatuse ebakõla. Veelgi enam, ühe keskmise võimsuse korral suureneb mittelineaarsus veelgi, kuna see sõltub võimsuse tipust, mis pulsatsiooni korral on palju suurem.

Pange tähele, et oleks huvitav uurida täiendava faasimodulatsiooni mõju, eriti ahela keskosas, et näha, kas see on ka võimalik, mis tähendab, et seisulaine kontrasti saab vähendada ja Kerri sobimatu side luuakse hoolimata allikast. kõrge sidusus.

Arditty, D.H., Yu. Bourbin, M. Papuchon ja C. Puech, "Vooluse tuvastamine nüüdisaegse fiiberoptilise interferomeetrilise tehnoloogia abil", Proceedings of IOOK, paber WL3, 1981.

Bohm, K., K. Petermann ja E. Weidel, "Sensitivity of a Fiber güroscope to ambient magnetic fields", Optics Letters, 7. kd, 1982, lk. 180-182 (MS SPIE 8, lk. 328-330).

Schiffner, G., sünd. Nottbeck ja hr Schroner, "Fiber Optic Rotation Sensor: Analysis of Effects of Effects of Sensitivity and Accuracy", Springer Series in Optical Sciences, Vol. 32, 1982, lk 266-274.

Berg, sünd. A., G. S. Lefebvre ja H. J. Shaw, "Multimode Fiber Optic Gyroscope", Springer Series in Optical Sciences, Vol. 32, 1982, lk 252-255.

Berg, sünd. A., G. S. Lefebvre ja H. J. Shaw, "Geometric fiber configuration for insulators and magnetometers", Springer Series in Optical Sciences, Vol. 32, 1982, lk. 400-405.

Hotate, K. ja K. Tabe, "Faraday efekti põhjustatud optilise kiu güroskoopi triiv: Maa magnetvälja mõju", Applied Optics, Vol. 25, 1986, lk. 1086-1092 (MS SPIE 8, lk. 331-337).

Marrone, I. m., C. a. Villaruel, n. D. Frigo ja A. Dandridge, "Internal Rotation of Birefringence Axes in Polarization-Maintaining Fibers", Letter Optics, 12. kd, 1987, lk. 60-62.

Blake, J., "Magnetic Field Sensitivity of a Depolarized Fiber Optic Gyroscope" SPIE Proceedings, Vol. 1367, 1990, pp. 81-86.

Ezekiel, S., d.l. Davis ja R. V. Hellwartli, "Intensiivsusest sõltuv tasakaalustamata faasinihe fiiberoptilises güroskoopis" Springer Series in Optical Sciences, Vol. 32, 1982, lk. 332-336 (MS SPIE 8, lk. 308-312).

Kaplan, a. Ja. P. Meystre, "Sagnaci efekti suur suurendamine mittelineaarses ringresonaatoris ja sellega seotud efektid", Springer Series in Optical Sciences, Vol. 32, 1982, lk. 375-385.

Berg, sünd. a., b. Culshaw, S. S. Cutler, H. S. Lefebvre ja H. J. Shaw, "Source statistics and the Kerr effect in fiber optic gyroscopes", Optics Letters, 7. kd, 1982, lk. 563-565 (MS SPIE 8, lk. 313-315).

Petermann, K., "Intensiivsusest sõltuv tasakaalustamata faasinihe fiiberoptilistes güroskoopides valgusallikate jaoks madal tase Coherence" Letter Optics, 7. köide, 1982, lk 623-625 (MS SPIE 8, lk 322-323).

Berg, sünd. A., G. S. Lefebvre ja H. J. Shaw, "Optilise Kerri efekti kompenseerimine fiiberoptilistes güroskoopides", Optics Letters. Indeks, 7. kd, 1982, lk. 282-284 (MS SPIE 8, lk. 316-318).

Magnetväljas paikneva optiliselt inaktiivse aine kaudu jälgitakse valguse polarisatsioonitasandi pöörlemist. Teoreetiliselt võib Faraday efekt avalduda ka vaakumis magnetväljades suurusjärgus 10 11 -10 12 Gaussi.

Fenomenoloogiline seletus

Isotroopset keskkonda läbivat lineaarselt polariseeritud kiirgust saab alati kujutada kahe vastassuunalise pöörlemissuunaga parem- ja vasakpoolse polariseeritud laine superpositsioonina. Välises magnetväljas muutuvad ümmarguse parem- ja vasakpoolse polariseeritud valguse murdumisnäitajad erinevaks ( $n\_+$ Ja $n\_-$). Selle tulemusena, kui lineaarselt polariseeritud kiirgus läbib keskkonda (mööda magnetvälja jõujooni), levivad selle ringikujuliselt vasak- ja parempoolsed polariseeritud komponendid erineva faasikiirusega, omandades teeerinevuse, mis lineaarselt sõltub optilise tee pikkusest. Selle tulemusena lineaarselt polariseeritud monokromaatilise valguse polarisatsioonitasand lainepikkusega $\backslash lambda$ läbinud tee keskkonnas $l$, pöörleb nurga all

$\backslash Theta\; =\; \backslash frac(\backslash pi\; l(n\_+\; -\; n\_-))(\backslash lambda)$.

Mitte väga tugevate magnetväljade piirkonnas on erinevus $n\_+\; -\; n\_-$ lineaarselt sõltub magnetvälja tugevusest ja sisse üldine vaade Faraday pöördenurka kirjeldab seos

$\backslash \backslash Theta\; =\; \backslash nu\; Hl$,

Elementaarne selgitus

Faraday efekt on tihedalt seotud Zeemani efektiga, mis hõlmab aatomienergia tasemete lõhenemist magnetväljas. Sel juhul toimuvad üleminekud jagatud tasemete vahel parema ja vasakpoolse polarisatsiooni footonite emissiooniga, mis põhjustab erineva polarisatsiooniga lainete murdumisnäitajate ja neeldumiskoefitsientide tekkimist. Jämedalt öeldes on erinevalt polariseeritud lainete kiiruste erinevus tingitud neeldunud ja uuesti kiirgavate footonite lainepikkuste erinevusest.

Faraday efekti täpne kirjeldus viiakse läbi kvantmehaanika raames.

Efekti rakendamine

Kasutatakse lasergüroskoopides ja muudes lasermõõteseadmetes ja sidesüsteemides. Lisaks kasutatakse efekti ferriitmikrolaineseadmete loomisel. Eelkõige on Faraday efekti põhjal ehitatud mikrolaine tsirkulatsioonipumbad ringikujulisele lainejuhile.

Lugu