韦尔代常数

韦尔代常数(英语:Verdet constant)是一个光学常数,用以描述某特定物质中的法拉第效应强度[1]。对于平行于光路的恒定磁场,可以通过下式计算[2]

其中是起始极化和终止极化之间的角度,是韦尔代常数,是磁通密度的强度,是材料中的路径长度。

韦尔代常数对大部分物质来说是极小且与波长相关的,它在含有顺磁性离子(如铽离子)的物质中强度最强。韦尔代常数的最大实验值是在掺杂的密火石玻璃或铽镓石榴红英语Terbium gallium garnet晶体(TGG)中被找到,这个材质有极佳的透光度,并且能够在相当的程度上抵抗激光光的破坏。然而,原子蒸气的韦尔代常数在某些情况下可以比TGG还要大上几个数量级[3],但仅限在非常窄的波长区间内。杜伦大学的原子与分子研究团队表示,碱金属蒸气因此可作为光学隔离器(也就是光的二极管[4]

法拉第效应具有着色性质(chromatic,意指和波长相关);因此,韦尔代常数在相当程度上是波长函数。在波长为632.8奈米时,TGG中的韦尔代常数是 -134 rad/T‧m,在波长为1064奈米时,这个值掉到-40 rad/ T‧m[5]。这个现象表示,在某个波长下依某旋光性而制作的仪器,会在较常的波长下表现出低得多的旋光度。许多法拉第旋光器和隔离器可以借由改变TGG棒插入磁场仪器的角度而加以调整。经由这个方式,仪器便可以在设计的范围内针对不同频率的激光光束进行调频校正。真正的宽频光源(例如超短脉冲激光或是调频震荡激光)不会在整个波长频谱中看到一样的旋光性。

命名

韦尔代常数以法国物理学家埃米尔·韦尔代英语Émile Verdet(Émile Verdet)的姓来命名。

参见

参考资料

  1. ^ Vojna, David; Slezák, Ondřej; Lucianetti, Antonio; Mocek, Tomáš. Verdet Constant of Magneto-Active Materials Developed for High-Power Faraday Devices. Applied Sciences. 2019, 9 (15): 3160. doi:10.3390/app9153160 . 
  2. ^ Kruk, Andrzej; Mrózek, Mariusz. The measurement of Faraday effect of translucent material in the entire visible spectrum. Measurement (Elsevier BV). 2020, 162: 107912. Bibcode:2020Meas..16207912K. ISSN 0263-2241. doi:10.1016/j.measurement.2020.107912. 
  3. ^ A gigahertz-bandwidth atomic probe based on the slow-light Faraday effect : Abstract : Nature Photonics. Nature.com. [2015-10-21]. (原始内容存档于2016-10-02). 
  4. ^ OSA | Optical isolator using an atomic vapor in the hyperfine Paschen–Back regime. Opticsinfobase.org. [2015-10-21]. doi:10.1364/OL.37.003405. (原始内容存档于2014-12-13). 
  5. ^ 存档副本 (PDF). [2015-10-21]. (原始内容 (PDF)存档于2016-04-18).