近年来光学电流互感器由于绝缘和成本等诸方面的突出优势而获得普遍关注及应用,但由于光学电流互感器通常所采用的磁光玻璃以及光纤光栅等传感材料存在测量时信噪比较低与加工困难等问题阻碍了其在电力系统的广泛应用。因此,寻找新型的光学电流传感材料成为电力系统电流测量技术发展的迫切需要。铁磁流体是一种表面包覆活性剂的纳米磁性颗粒高度弥散于基液中形成的液态功能材料。在外加磁场作用下铁磁流体薄膜表现出优良的磁光特性。将铁磁流体应用于电流测量领域的前期研究表明,铁磁流体除了能够对电流引起的磁场在静态特性和动态响应特性上显著超越已有磁光材料外,且具有较高的灵敏度以及便于制备等特点。然而目前对于铁磁流体磁光效应,特别是纵向磁致旋光效应的研究尚处于初级阶段,在一定程度上制约了铁磁流体在电流测量领域中的实用化进程。因此,本论文围绕铁磁流体纵向磁致旋光效应的基本特性以及纵向磁致旋光效应的微观机理进行了系统而深入的研究。本文首先以水基铁磁流体作为研究对象,对其磁学特性、光学特性及其他物化特性进行分析,并以此为基础结合磁性颗粒非对称介电张量模型,从电磁波的基本方程出发,研究了线偏振光作为一种电磁波与各向异性磁性介质相互作用的微观机理,阐明了纵向磁致旋光效应发生的过程以及影响因素的作用机制,进一步完善了形成理论的研究模型并用琼斯矩阵分析结果进行了验证。其次,在自行研制的纵向磁致旋光效应实验平台的基础上,通过线偏振光旋光输出的静态和动态测试,较为全面地研究了铁磁流体纵向磁致旋光效应的互易性。最后,基于耗散粒子动力学的基本原理,分析了磁性颗粒长程相互作用对于外加磁场作用下铁磁流体内部动态凝聚过程的影响,探讨了凝聚结构的无序形态及相关参数与磁场和铁磁流体的关系,为铁磁流体链状结构的演化和纵向磁致旋光效应的理论解释提供有力佐证。论文取得的创新性成果主要有:①系统研究了铁磁流体纵向磁致旋光效应的静态特性和动态特性,结果表明铁磁流体的磁致旋光效应不仅对恒定磁场的静态响应具有良好的线性度,而且能够对交变磁场包括脉冲磁场实现良好的动态响应。②首次系统研究了铁磁流体纵向磁致旋光效应的互易性问题,发现铁磁流体对纵向交变调制磁场的响应与纵向调制磁场的方向无关。实验研究了在恒定磁场以及交变磁场作用下铁磁流体纵向磁致旋光效应互易性的一般规律。利用电磁理论的基本方程并结合磁性颗粒非对称介电张量模型进行理论分析,认为互易性的本质原因在于介电张量非对角项的反对称性。由此提出一种新型的双反光路光电式电流传感器结构,可以有效抑制由于光源功率波动或环境温度变化对于电流测量造成的影响。③修正了铁磁流体纵向磁致旋光效应的电磁理论模型,研究了外加磁场作用下磁性颗粒旋转以及链状凝聚结构对于线偏振光作为电磁波在铁磁流体内部传播过程的影响;提出了铁磁流体纵向磁致旋光效应的琼斯矩阵,并对铁磁流体在外加磁场作用下的弛豫过程进行分析。④首次实现外加磁场作用下铁磁流体凝聚过程的三维耗散粒子动力学模拟。通过Ewald加和方法对磁性颗粒的长程相互作用力进行处理,有效解决了Lennard-Jones势能引起的重叠问题。研究了外加磁场作用下凝聚的结构特点,证实了凝聚结构的局部无序形态。分析了磁场强度、磁性颗粒的浓度以及颗粒尺度等因素与链状凝聚长度的关系。