Effet de faraday

Dans la physique , l'effet de faraday de ou la rotation de Faraday de est un phénomène magnéto-optique, ou une interaction entre la lumière et un champ magnétique du dans un matériel diélectrique. La rotation du plan de la polarisation est proportionnelle à l'intensité du composant du champ magnétique dans la direction du faisceau de lumière.

L'effet de faraday, un type d'effet magnéto-optique , découvert par le Michael Faraday en 1845, était la première évidence expérimentale que la lumière et l'électromagnétisme sont connexes. La base théorique pour cette relation, maintenant appelée le le rayonnement électromagnétique , a été encore développée par le commis de James de Maxwell dans les 1860s et les années 1870. Cet effet se produit en le plus optiquement matériaux diélectriques du transparent du (liquides y compris) quand ils sont sujets à des champs magnétiques forts

L'effet de faraday est un résultat de la résonance ferromagnétique du quand la constante diélectrique d'un matériel est représentée par un tenseur . Cette résonance cause salue soit décomposée en deux raies circulairement polarisés qui propagent à différentes vitesses, une propriété connue sous le nom de biréfringence circulaire . Les raies peuvent être considérés comme pour recombiners lors de l'apparition du milieu, toutefois dû à la différence dans la vitesse de propagation ils font ainsi avec un excentrage net de la phase , ayant pour résultat une rotation de l'angle de la polarisation linéaire.

Il y a quelques applications de rotation de Faraday dans des instruments de mesure. Par exemple, l'effet de faraday a été employé pour mesurer la puissance rotatoire optique, pour la modulation d'amplitude de la lumière, et pour la télédétection des champs magnétiques.

La relation entre l'angle de la rotation de la polarisation et le champ magnétique dans un matériel diamagnétique est :

$de \ bêta = \ {V} BD mathcal$

là où le β de

est l'angle de la rotation (en radians de le B de

est la densité de flux magnétique dans la direction de la propagation (dans teslas de le d de

est la longueur du chemin (dans des mètres où la lumière et le champ magnétique interactif le $de \ {V}$ mathcal est le Verdet constant pour le matériel. Cette constante empirique de proportionnalité (dans les unités des radians par tesla par mètre) varie avec la longueur d'onde et la température et est tabulée pour différents matériaux.

Une constante de Verdet de positif correspond à la L-rotation (en sens inverse des aiguilles d'une montre) quand la direction de la propagation est parallèle au champ magnétique et à la R-rotation (dans le sens des aiguilles d'une montre) quand la direction de la propagation est antiparallèle. Ainsi, si un rayon de lumière est passé par un matériel et en arrière reflété par lui, la rotation double.

Quelques matériaux, tels que le grenat (TGG) de gallium de terbium de ont des constantes extrêmement élevées de Verdet (&minus de ≈ ; 40 m ^-1 de rad T^-1). En plaçant une tige de ce matériel dans un champ magnétique fort, des angles de rotation de Faraday de plus de 0.78 rad (45°) peuvent être réalisés. Ceci permet la construction des rotateurs de Faraday de qui sont le composant principal des dispositifs des isolants de Faraday de qui transmettent la lumière dans seulement une direction.

Des isolants semblables sont construits pour des systèmes de micro-onde en utilisant des tiges du ferrite dans un guide d'ondes avec un champ magnétique environnant.

Rotation de Faraday dans le milieu interstellaire

L'effet de faraday est imposé à la lumière au cours de sa propagation de son origine à la terre , par le milieu interstellaire . Ici, l'effet est provoqué par les électrons libres et peut être caractérisé comme différence dans l'indice de réfraction vu par les deux modes circulairement polarisés de propagation. Par conséquent, contrairement à l'effet de faraday dans les solides ou les liquides, la rotation interstellaire de Faraday a une dépendance profondément simple à l'égard la longueur d'onde de la lumière (λ), à savoir :

$\ bêta = \ mathrm {} de RM \ lambda^2 \,$

là où la force globale de l'effet est caractérisée par RM, la mesure de rotation. Ceci dépend alternativement du B , et de la densité de nombre des électrons, le n_e , qui peut varier le long du chemin de propagation, pour donner (dans des unités de cgs ) :

$\ mathrm {RM} = \ frac {e^3} {n_e B} de 2 \ pi m^2c^4 \ int_0^d \ ; \ mathrm {d} s,$

là où le e de

est la charge d'un électron ; le m de
est la masse d'un électron ; le c de
est la vitesse de la lumière de dans un vide .

(Dans des unités de SI , ^ de $\ mathrm {RM} {(SI)} = \ frac {e^3} {8 \ pi^2 \ varepsilon_0 m^2c^3} \ int_0^d n_e B = 2.62 \ période 10^ {- 13 n_e B} \ int_0^d \ ; \ mathrm {d} s,$ là où le $\ epsilon_0$ est la constante diélectrique de vide de ; avec $B$ dans les teslas (t), et $n_e$ dans kg/m $^3$ , ^ de $\ mathrm {RM} {(SI)}$ est en radians par mètre carré (le ² de rad/m).)

La rotation de Faraday est un outil important dans l'astronomie pour la mesure des champs magnétiques, qui peuvent être estimés à partir des mesures de rotation données une connaissance du prodensity de nombre d'électron. Dans le cas des pulsars de radio de la dispersion provoquée par ces électrons a comme conséquence un à retard de temps entre les impulsions reçues aux différentes longueurs d'onde, qui peuvent être mesurées en termes de densité de colonne d'électron, ou la mesure de dispersion de . Une mesure de la mesure de dispersion et de la mesure de rotation rapporte donc la moyenne pondérée du champ magnétique le long du champ de vision. La même information peut être obtenue à partir des objets autres que des pulsars, si la mesure de dispersion peut être estimée basait sur des conjectures raisonnables au sujet de la longueur de trajet de propagation et des densités d'électrons typiques.

Les ondes radio passant par l'ionosphère du de la terre sont sujettes également à la rotation de Faraday ; car l'équation ci-dessus indique, l'effet est proportionnel à la place de la longueur d'onde. À 435 mégahertz (fréquence ultra-haute), on devrait prévoir dans l'ordre de 1.5 rotation complète du front des ondes en tant que lui transite l'ionosphère, tandis qu'à 1.2 gigahertz moins qu'un quart d'une rotation est probable.

Voir également

Effet de Kerr magnéto-optique
Effet de Kerr électrooptique
Rotateur de Faraday de
Phénomènes scientifiques de baptisés du nom des personnes
Effet de faraday inverse
Effet du QMR
Effet de Voigt de
Spectroscopie de polarisation de
Dichroïsme circulaire magnétique

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