塞曼效应实验报告 (2)

1、塞曼效应实验报告04级11系姓名：徐文松学号：PB04210414日期：2006.04.28实验名称塞曼效应实验目的观察Hg(546.lnm)谱线在磁场中的分裂情况，学习塞曼效应的现象和原理。实验原理1. 谱线在磁场中的能级分裂将光源置于足够强的磁场中是，由于磁场的作用，光谱将发生分裂，一条谱线将分裂成几条谱线，这种现彖称为塞曼效应。光谱分裂的波数差满足Acr=(M2g2-M1)L其中L称为洛伦兹单位，厶=3x46.7尸厂1塞曼跃迁的选择定则为：AM=0,为Ji成分，是振动方向平行于磁场的线偏振光，只在垂直于磁场的方向上才能观察到；A/W=±l,为c成分，垂直于磁场观察时为振动垂直于

2、磁场的线偏振光，沿磁场正向观察时，为圆偏振光。以汞的546.1mn谱线为例，说明谱线分裂情况。如图一，546.1nm条谱线在磁场中分裂成九条线，垂直于磁场观察，中间三条谱线为兀成分，两边各三条谱线为。成分；沿着磁场方向观察，兀成分不出现，对应的六条。线分别为右旋圆偏振光和左旋圆偏振光。分裂后的谱线与原谱线的波数差=厶=B。4刃必用成分C成分PR-Hu诰统在磁场中的分裂2观察塞曼分裂的方法®>CIP31/4波片滤光片偏振片d透玻K透镜塞曼分裂的波长差很小，要观察如此小的波长差，需采用高分辨率的仪器：法布里-玻罗标准具，光路图如右：一般情况下标准具反射膜间是空气介质，"2

3、1,因此，干涉极人值为2c/cos&=KaA（7=定义为标若入射光的波长在准具的自由光谱范I韦I。它表明在给定间隔圈厚度d的标准具中,几/1+ZU之间（或波数在bb+Ab之间），所产生的干涉圆坏不重叠。当两条谱线刚好重叠时，裂距山因此此时B=Tm2dxnx46.7实验内容1. 调节光路共轴调节两个透镜的位置使成像最清晰，并调节F-P标准具到最佳分辨状态，即要求两个镀膜面完全平行。此时用眼睛直接观察F-P标准具，当眼睛上、下、左、右移动时，圆坏中心没有吞吐现彖。2. 用间隔圈厚度d=2mm的F-P标准具观察Hg546.1mn谱线的塞曼分裂（1）在垂直于磁场方向观察，改变偏振片光轴方向可以

4、看到兀成分有时出现，有时消失，而。成分始终存在。（2）平行于磁场方向观察，沿磁场方向观察。线，能通过偏振片与4波片鉴别左旋4圆偏振光和右旋圆偏振光，这将在实验思考题3中详细讨论。3. 用间隔圈厚度d=5mm的F-P标准具观察Hg546.1mn谱线的塞曼分裂励磁电流调至最小值，缓慢増加励磁电流，观察第K级圆坏与第（K-1）级圆坏的重叠或交叉现彖（主要观察。成分的重叠或交叉）。现象电流（A）磁场强度（KGs）1111111.125.81111'11111111111.326.71'111'1111111111.567.8'1111111IIIIII2.139.211

5、111丨丨丨丨丨丨33611.211111B=Tm=kGsm2dxnx46.72dxnx4.67又d=4.995inin再根据图一町得n，所以有现象11磁场强度理论值（KGs）1111|45.3611111111111111113.56.12'11丨11丨1111111137.14*1111111|丨丨|丨12.58.5711111丨丨丨丨丨1210.721111理论值与实验测得的值比较接近，但也存在较人误差，分析原因如下：1. 实验中所测位置的磁场强度与光源处的磁场强度有所不同，从实验测得的值均偏大于理论值，猜测实验中所测位置的磁场强度人于光源处的磁场强度；2. 出现以上5种现彖的准

6、确位置不易判断，在比较人一个电流范围内观察，均出现了重合现彖，靠肉眼不能分辨何时为恰好重合。思考题1.如何鉴别F-P标准具的两反射面是否严格平行，如发现不平行应该如何调节？例如，当眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来，应如何调节？答：用眼睛直接观察F-P标准具，当眼睛上、下、左、右移动时，圆坏中心没有吞吐现彖，即说明F-P标准具的两反射面是否严格平行。若眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来，根据公式2dcos&=K/l可得，K增人，相应d增人，因此该方向F-P标准具的两反射面距离较人，应调小该方向距离或调大相反方向距离。3. 沿着磁场方向观察，AM=+1和酗=-1的跃迁各产生哪种圆偏振光？试用实验现彖说明之。答：AM=+1为右旋圆偏振光，AM=-1为左旋圆偏振光。先讨论如何通过偏振片与4波片鉴别左旋圆偏振光和右旋圆偏振光4先让光通过仝波片（设波片快轴位于水平方向）此时左旋圆偏振光和右旋圆偏振4光均会变成线偏振光，但偏