图b中画出n_-n+的曲线。可以看出，图中在吸收线之外ψ>0，而在吸收线之间ψ<0；在吸收线区域及其附近，ψ值很大。由于吸收线的裂距2Δω正比于B,在远离吸收线区域n_－n+也近似正比于B，故有式(1)。天然旋光物质中发生磁致旋光现象时，应考虑上述两种效应的叠加。铁磁物质表现出很强的法拉第效应。这时ψ决定于物质中的磁化强度而不是外加磁场。

1845 年法拉第（Michal Faraday）发现当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ=VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系。促进了对光本性的研究。之后费尔德（Verdet）对许多介质的磁致旋转进行了研究，发现法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。大部分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的费尔德常数稍大。近年来研究的YIG等晶体的费尔德常数较大，从而大大提高了实用价值。

法拉第效应是磁场引起介质折射率变化而产生的旋光现象，实验结果表明，光在磁场的作用下通过介质时，光波偏振面转过的角度（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度L及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比，即：

θ=VBL

式中V称为费尔德常数，它表征物质的磁光特性。几种材料的费尔德常数值如下表。

法拉第效应实验装置如图所示。由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。根据出射光强最大(或最小)时检偏器的位置读数即可得出旋光角。检偏器的角度位置读数也由数显表读出。

由经典电子论对色散的解释可得出介质的折射率和入射光频率w 的关系为：

式中ω0是电子的固有频率，磁场作用使电子固有频率改变为（ωL±ω0）（ωL是电子轨道在外磁场中的进动频率）。使折射率变为：

由菲涅耳的旋光理论可知，平面偏振光可看成由两个左、右旋圆偏振迭加而成，上式中的正负号反映了这两个圆偏振光折射率有差异，以R n 和L n 表示。它们通过长度为L的介质后产生的光程差为：

由它们合成的平面偏振光的磁致旋光角为：

通常，nR，nL，和n，相差甚微，故

将此代入上式，又因ωL≪ω可略去ωL项，得：

可见括号项即为费尔德常数，表示V 值和介质在无磁场时的色散率、入射光波长等有关。由马吕斯定律可知，平面偏振光通过磁场中的介质和检偏器后的光强为：

α为检偏器和起偏器透光轴的夹角，θ为法拉第磁致旋光角。当α=π/4时，

若磁场变化则：

表示此时由检偏器输出的光强将随产生磁场的电流i（调制电流）线性地变化，这就是光强度的磁光调制原理。在α=π/4时，dI/d= 1，即此时调制系统的信号检测灵敏度最高，失真最小。

描述物体磁性强弱程度的一个重要物理量是磁化强度矢量M，即单位体积内各个磁畴磁矩的矢量和。磁化强度M与磁场强度H的关系表示为：

M =χH式中 χ 为物体的磁化率。

按照物质磁化率 χ 的大小和符号、物质磁性来源和磁结构特性，物质磁性可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性五大类，下面分别简述五大类磁性的基本特点。

① 抗磁性

物质由原子和分子组成。自由原子的磁矩有三个主要来源：一是电子的自旋，二是电子绕原子核旋转的轨道角动量，三是电子在外加磁场中旋转所感生的轨道磁矩变化。第三个来源是产生抗磁性的原因，前两个来源不同程度上对顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性有所贡献。可以看出，所有物质都存在第三个来源，因此抗磁性在所有物质中都存在。由于抗磁性极其微弱，故在具有其他磁性的物质中抗磁性常常被掩盖。

抗磁性亦称为逆磁性。电子在外磁场中运动所感生的磁矩，其方向与外磁场相反。

② 顺磁性

物质具有顺磁性的必要条件是组成物质的原子、分子或离子具有固有磁矩。但这些原子（分子或离子）磁矩之间相互作用十分微弱，在热运动的影响下，基本上处于无序排列状态；温度越高，排列越无序。物质磁化以后，原子（分子或离子）磁矩就有沿外磁场方向排列的趋势，外磁场越大，排列越趋整齐。由此可见，顺磁性物质的磁化强度M 与外磁场 H ，方向相同，不过仅显示微弱的磁性。

③ 铁磁性

铁磁性物质原子或离子的电子之间存在交换作用，这种相互作用十分强大，与其等效的“磁场”称为分子场。如此大的分子场足以克服热运动的影响，使原子（离子）磁矩相互平行排列（交换积分 A > 0）。随着温度的升高，热运动渐趋剧烈，磁矩平行排列趋势逐渐变弱，

但仅是量变过程。当温度高于居里温度即CT >T时，热运动能大于交换作用能，从而导致原子（离子）磁矩混乱排列，此时铁磁性转变为顺磁性。

铁磁性物质是一类重要的磁性材料，其中有一些也是优良的磁光材料。

④ 反铁磁性

绝大多数反铁磁性物质，如 MnO 和 NiO 等都是导电性很差的化合物，其阳离子通常为过渡族金属离子，近邻配位离子为阴离子。金属离子之间距离较大，它们的电子壳层几乎不存在交叠。因此，反铁磁性物质的原子或离子磁矩之间存在间接交换作用，而不是如铁磁性物质那样的直接交换作用。这种相互作用十分强，但是反映间接交换作用大小的量——间接交换积分A <0间接，导致相邻金属离子磁矩之间相互反平行。相同晶格位置上的平行离子磁矩组成一个压晶格，称为磁亚晶格，反铁磁性物质中一般存在两个或两个以上磁亚晶格。

反铁磁性物质的相邻磁亚晶格的磁矩之间相互反平行，因此对外并不显示磁性。在外磁场作用下，也只能出现微弱的磁性。由反铁磁性转变为顺磁性的磁相变点NT 称为奈尔温度。在

NT 处，χ最大。

⑤ 亚铁磁性

与反铁磁性物质一样，亚铁磁性物质中具有两个或两个以上磁亚晶格。所不同的是，相邻磁亚晶格的原子（离子）磁矩方向相反，但大小不等，从而存在未抵消的磁矩，因此亚铁磁性物质中存在相当强的磁性；有许多特性，如技术磁化过程的不少特征与铁磁性物质十分相似。 亚铁磁性物质的磁化率 χ > 0，且很大。除钡铁氧体等永磁材料外，亚铁磁性材料大多在高频区域应用，对于χ特性的要求不同于低频区域，有时对χ大小的要求显得并不重要。亚铁磁性物质的磁相变点称为奈尔点。

⑥ 超顺磁性

随着纳米材料的诞生和发展，一种新型的磁性物质出现了，称为“超顺磁性材料”。如果磁性材料是一单畴颗粒的集合体，对于每一个颗粒而言，由于磁性原子或离子之间的交换作用很强，磁矩之间将平行取向，而且磁矩取向在由磁晶各向异性所决定的易磁化方向上，但是颗粒与颗粒之间由于易磁化方向不同，磁矩的取向也就不同。

法拉第效应可以应用于测量仪器。例如，法拉第效应被用于测量旋光度、或光波的振幅调变、或磁场的遥感。在自旋电子学里，法拉第效应被用于研究半导体内部的电子自旋的极化。法拉第旋转器（Faraday rotator）可以用于光波的调幅，是光隔离器与光循环器（optical circulator）的基础组件，在光通讯与其它激光领域必备组件。具体应用如下：

（1） 量糖计（自然旋光）

（2） 磁光开关与磁光调制器（点调制与空间调制）

（3） 磁光光盘：光信息存储

（4） 磁光电流传感器（或互感器）：测量大电流

（5） 磁光隔离器：在光通信和级联式激光器系统中用以隔离后续系统反馈的光信号

（6） 磁光偏频器：零锁区激光陀螺中通过产生偏频来消除激光陀螺的闭锁现象

法拉第效应可用于混合碳水化合物成分分析和分子结构研究。在激光技术中这一效应被利用来制作光隔离器和红外调制器。该效应可用来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可用来隔离反射光，也可作为调制光波的手段。

因为磁场下电子的运动总附加有右旋的拉穆尔进动，当光的传播方向相反时，偏振面旋转角方向不倒转，所以法拉第效应是非互易效应。这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。许多微波、光的隔离器、环行器、开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。