基本信息
- 项目名称：
- “猫眼”设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用法拉第旋光效应设计了“猫眼”的方案，普通防盗门的“猫眼”是利用凸透镜与凹透镜成像原理，虽然从室内看外面很清晰，但是从外面还是能看到室内的一小部分的物象，而用法拉第旋光效应可以发生消光现象，使得从室外几乎看不到室内物象，这样就更好的发挥了“猫眼”的作用，同时也很好的应用了法拉第旋光效应。
- 详细介绍：
- 本文利用法拉第旋光效应的特性，当线偏振光沿着磁场方向透过磁场中的磁性物质时透过的光仍为线偏振光，但由于磁场中的磁性物质对左、右圆偏振的折射率不同，使透射线偏振光的偏振方向旋转。线偏振光通过旋光光物质，光偏振面的方向旋转角度a，这光被反射而沿相反方向第二次通过同一旋光光物质后，又恢复到第一次通过旋光物质之前的偏振面方向；若线偏振光通过磁场中的磁性物质，由于法拉第旋光效应，偏转面方向也旋转角度a，当这光被反射再沿着相反方向第二次通过同一物质后，与第一次通过之前相比，则偏振面方向转过角度2a。又根据马吕斯定律，线偏振光垂直入射到一块理想偏振片上，当入射光电振动和偏振片的透振方向之间夹为90度时发生完全消光。 我们装置就利用上述两个原理，首先，让光线透过偏振片P1，得到线偏振光，线偏振光通过处于通电螺线管内旋光物质重火石玻璃,再通过偏振片p2。偏振片P1的透振方向处于竖直方向，偏振片P2的透振方向与竖直方向夹角45度，当光线从室内到室外时，通过偏振片P1得到线偏振光，振动面沿竖直方向，经过旋光物质旋 转45度，与P2的透振方向垂直，发生消光，室外看不到室内景象 ；当光线从室外到室内时经过线偏振片P2得到与竖直方向夹角45度的线偏振光，再经过旋光物质旋转度，振动面回到竖直方向恰好通过P1，由室内看到室外景象。另外，我们经过计算在该装置前后合理放置几何光学器件，凸透镜和凹透镜以达到更好的视觉效果。 经过相关的理论计算和实验验证，并且用3DMAX模拟，设计出了一套新的“猫眼”装置。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 利用法拉第旋光效应特性制作一个“猫眼”装置，安装在门窗上，由室内可看到室外景物，而由室外看不到室内物体。 首先，光线经过透镜汇聚，然后通过线偏振片得到线偏振光，线偏振光经过旋光物质（处在磁场中），由于法拉第旋光效，光的偏振方向发生偏转，合理的放置另一偏振片构成“猫眼”装置，使得室内的人经过该装置能够看到室外的景象，而室外的人看不到室内物体。
科学性、先进性及独特之处
- 巧妙的利用法拉第旋光效应设计了一种新方法制作一种类似于猫眼的装置，可以安装在门窗上代替“猫眼”装置，相比于普通猫眼安全性更高。另外，也可以用作光隔离器。
应用价值和现实意义
- 可以安装在门窗上代替“猫眼”装置，也可以用于光隔离器。
学术论文摘要
- 本装置根据法拉第旋光效应，线偏振光通过处于磁场中的旋光物质光的偏振方向会发生旋转，偏转角大小与费尔德常数、磁场强度和旋光物质的厚度成正比,光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右方向互换，这样，当光线由室内到室外经过第一个偏振片得到线偏光，经过旋光物质后振动面发生旋转，选择合适旋转角，再经过与振动面相互垂直的第二个偏振片，根据马吕斯定律，发生消光，这样室外就看不到室内的物体，而当光线由室外到室内时，经过偏振片和旋光物质，线偏光的振动面恰好与第一个偏振片的方向平行，这样就可以由室内看到室外的景物。
获奖情况
- 2011年5月荣获山西大学第十五届“创新挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛自然科学类论文二等奖。
鉴定结果
- 荣获山西大学第十五届“创新挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛自然科学类论文二等奖。
参考文献
- 1.董有尔．大学物理实验．合肥：中国科学技术大学出版社，2006.4． 2.张天喆，董有尔．近代物理实验．北京：科学出版社，2004. 3.赵凯华，钟锡华．光学．北京：北京大学出版社，1981. 4.杨翠红. Er_3Ga_5O～(12)材料磁光法拉第效应的理论研究[D]扬州大学, 2004
同类课题研究水平概述
- 近年来，随着光电子技术的发展，法拉第旋光效应在光电子学、光子学、计算机、信息处理、光纤通信、科学研究以及磁场测量等方面的研究和应用不断向深度和广度发展。现今，利用磁光效应原理实现了对地球磁场测量的新方法——磁旋光成像地球磁场测量方法。 另外，利用法拉第旋光效应制成的的光学隔离器，可以用于投影显示的色彩处理; 根据磁致旋光效应和磁光玻璃磁致旋光效应，对ZF1、ZF6磁光玻璃的磁致旋光效应分别进行了实验研究,给出偏振面旋转角与磁感应强度，用来计算出波长不变情况下不同磁感应强度的费尔德常数. 目前，利用偏振光磁光效应进行科学研究的领域越来越多，如研究宇宙磁场、观察微观磁场结构等诸多方面。利用磁光效应原理还可制作各种光学器件和测量传感器。这些新技术往往具有以往技术无法比拟的优点。与此同时，有些研究者利用磁光效应来研究太阳磁场。而将此原理用于对地球磁场的研究。
