Faraday hatás

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2016. október 25-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 9 szerkesztést igényelnek .

A Faraday-effektus ( longitudinális magneto-optikai Faraday-effektus ) egy magneto-optikai effektus , amely abban áll, hogy amikor lineárisan polarizált fény egy mágneses térben egy optikailag inaktív anyagon keresztül terjed , a fény polarizációs síkja elfordul . Elméletileg a Faraday-effektus vákuumban is megnyilvánulhat 10 11 -10 12 G nagyságrendű mágneses térben [1] .

Fenomenológiai magyarázat

Az izotróp közegen áthaladó lineárisan polarizált sugárzás mindig két jobb és bal oldali polarizált hullám szuperpozíciójaként ábrázolható, amelyek forgásiránya ellentétes. Külső mágneses térben a körkörösen jobb és bal oldali polarizált fény törésmutatói eltérnek ( és ). Ennek eredményeként, amikor a lineárisan polarizált sugárzás áthalad a közegen (a mágneses erővonalak mentén), a körkörösen bal és jobb polarizált komponensei eltérő fázissebességgel terjednek , és olyan útkülönbséget szereznek, amely lineárisan függ az optikai úthossztól. Ennek eredményeként a lineárisan polarizált monokromatikus fény hullámhosszúságú polarizációs síkja , amely áthaladt a közegben az úton, egy szöggel elfordul. $n_{+}$ $n_{-}$ $\lambda$ $l$

\Theta ={\frac {\pi l(n_{+}-n_{-})}{\lambda ))

A nem túl erős mágneses terek tartományában a különbség lineárisan függ a mágneses térerősségtől , és általánosságban a Faraday elfordulási szöget az összefüggés írja le. $n_{+}-n_{-}$

\ \Theta =\nu Hl

ahol a Verdet-állandó , egy arányossági tényező, amely az anyag tulajdonságaitól, a sugárzás hullámhosszától és hőmérsékletétől függ . $\nu$

Elemi magyarázat

A Faraday-effektus szorosan összefügg a Zeeman-effektussal , amely az atomok energiaszintjének felosztásából áll egy mágneses térben. Ebben az esetben az osztott szintek közötti átmenetek a jobb és bal polarizációjú fotonok kibocsátásával lépnek fel , ami eltérő törésmutatókhoz és abszorpciós együtthatókhoz vezet a különböző polarizációjú hullámok esetében. Nagyjából elmondható, hogy az eltérően polarizált hullámok sebességének különbsége az elnyelt és újra kibocsátott fotonok hullámhosszának különbségéből adódik.

A Faraday-effektus szigorú leírása a kvantummechanika keretein belül történik.

Az effektus alkalmazása

Nincs még egy olyan fizikai hatás, amelyet a tudomány és a technika olyan távoli területein alkalmaznának, mint a Faraday által 1845-ben felfedezett hatás. Alkalmazási köre elképesztő: a mikrohullámú technológiától a számítástechnikáig és a félvezetőfizikáig [2] . Lézeres giroszkópokban, lézeres mérőberendezésekben, kommunikációs rendszerek lézeradóiban használják védő optikai leválasztó elemként . Ezenkívül a hatást ferrit mikrohullámú készülékek létrehozásában használják. Különösen a Faraday-effektus áll a mikrohullámú és optikai keringtetők működésének hátterében [3] .

Történelem

Ezt a hatást M. Faraday fedezte fel 1845 -ben .

A Faraday-effektus kezdeti magyarázatát D. Maxwell adta meg "Válogatott munkák az elektromágneses mező elméletéről" című munkájában, ahol a mágnesesség forgó természetét vizsgálja . Többek között Kelvin munkája alapján , aki hangsúlyozta, hogy a fényre gyakorolt mágneses hatás oka a mágneses térben való valós (és nem képzeletbeli) forgás lehet, Maxwell a mágnesezett közeget "molekuláris mágneses örvények" halmazának tekinti. ". Az az elmélet, amely az elektromos áramokat lineárisnak, a mágneses erőket pedig forgási jelenségnek tekinti, ebben az értelemben összhangban van Ampère és Weber elméleteivel . D.C. Maxwell tanulmánya arra a következtetésre vezet, hogy az örvények forgásának egyetlen hatása a fényre az, hogy a polarizációs sík az örvényekkel megegyező irányban forogni kezd, a következőkkel arányos szögben:

az anyag vastagsága
a mágneses erő sugárral párhuzamos összetevője,
a sugár törésmutatója,
fordítottan arányos a levegő hullámhosszának négyzetével,
a mágneses örvények átlagos sugara,
mágneses indukció kapacitása (mágneses permeabilitás).

D. Maxwell matematikailag szigorúan bebizonyítja a "molekuláris örvények elméletének" minden rendelkezését, ami arra utal, hogy minden természeti jelenség analóg a legmélyebb lényegében, és hasonló módon működik.

E munka számos rendelkezését később elfelejtették, vagy nem értették meg (például Hertz), azonban az elektromágneses tér ma ismert egyenleteit D. Maxwell ennek az elméletnek a logikai premisszáiból vezette le.

L. Boltzmann osztrák elméleti fizikus D. Maxwell munkájához írt jegyzetekben a következőket mondta:

Azt mondhatnám, hogy Maxwell követői ezekben az egyenletekben talán a betűkön kívül semmit nem változtattak... Az itt lefordított munkaciklus eredményeit tehát a fizikai elmélet legfontosabb vívmányai közé kell sorolni.

Lásd még

Magneto-optikai Kerr effektus
Mágneses-optikai effektusok

Jegyzetek

↑ http://www.ebiblioteka.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/Uspechi_Fiz_Nauk/1988/5/r885a.pdf
↑ Magneto-optika tegnap és ma (a Faraday-effektus felfedezésének 170. évfordulójára) . cyberleninka.ru . Hozzáférés időpontja: 2020. október 24. (határozatlan)
↑ Mikrohullámú készülékek és antennák. kiadás D.I. Voskresensky - Elektrodinamika / Mikrohullámú sütő és antennák - Fájlok - FRELA . frela14.ru. Hozzáférés időpontja: 2016. január 7. (határozatlan)

Forrás

Faraday hatás . Fizikai enciklopédia. v.5. 275. oldal
Verkhozin A.N., Magneto-optics tegnap és ma