塞曼效应实验方法的研究

第】3卷 哈尔滨师范大学 自然科学学报 Vol 13，No．I 1997 第 1期 NATURAL SCIENCES JOURNAL OF HARBIN NORM&L UNIVERSITY 1一 塞曼效应实验 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的研究 赵朝忠 赵庆明 张孔辉 (哈尔滨师范大学) O 《 | 【摘要】 本文介绍了一种利用法布里一 珀罗扫描干涉仪测量塞曼效应的实验方 法。实验结果表明这种方法是简单和有效的。 关键词：塞曼效应；法布里一 珀罗扫描于涉仪 自由光谱范围 0 引 言 钧j昱矢拴 熏 撅谤 ． 塞曼效应是近代物理实验中比较有代表性的实验，在近代物理学的发展 中具有特殊的地 位，时至今日，它仍是研究能级结构的重要方法之一。因此，各大专院校均把塞曼效应作为基 本近代物理实验题目开设。 在传统的赛曼效应实验中，使用法布里一 珀罗标准具作为分光仪器，用读数显微镜观测 分裂谱线。一般都是先测量干涉环的直径，求出塞曼分裂谱线的渡数差，再计算电子的荷质 比。对分裂谱线性质的判断直接在读数显微镜中进行，汞灯紫外线对人眼刺激较大．为了精确 测量干涉圆环的直径，往往需要摄谱．因此实验中对仪器的调整要求高，观测时间长，学生不 易独立完成。在实验课时安排较少的学校，学生只能用拍好的底片进行分析测量，效果不是很 好。为了解决这些问题，我们用法布里～ 珀罗扫描干涉仪作分光仪器，把塞曼分裂频谱在记录 仪上直接绘出，既简单又直观，使实验效果显著提高。 1 原 理 法布里一 珀罗扫描干涉仪由两块精确平行的平面玻璃板或石英板组成(图 1所示)．两块 板的表面平度要好于所用渡长的 1／50．两内表面镀有高 反射率的金属膜或多层介质膜。一 玻璃板固定不动， 皇． 环卜I 另一块粘在一压电陶瓷环上。在压电陶瓷环上加以适当 I 『】， 誓 』匡耄 锯齿形电压作周期性伸缩，使两玻璃 之间的距离随之 I l 三三 工一 在一定范围内作周期性的变化，起到 扫描 的作用。 一一——H f f 设两板之间距离为h，两板间介质折射率为 光线 囱'j I卜 苎!墨 入射角为 0，则相邻两透射光线之间的光程差应为 田1 A=2Ⅱh~os0 收藕 日j明：1996-06—05 维普资讯 http://www.cqvip.com 52 哈尔筷师范大学自然科学学报 I997雉 当光程差△是波长 的整数倍时，形成相长干涉，即 ： 塑 Ah∞sO 也就是说透射光(同一位置)波长的改变量与两板间距的改变量成正比。由于两板间距的改变 量与场强成正比，所以 △^ 与加在压电陶瓷上的电压改变量 AU成正比，即 A2 kAU (1) 为比例系数。 可见随着加在压电陶瓷环上扫描电压的变化，不同波长的透射光线将相继在同一位置形 成干涉极大。只要加上适当的接收系统把光信号转变为电信号，输入记录仪，就可绘 出透射 光束的频谱。 2 宴 验 实验装置如图 2所示。法布 里一珀罗扫描干涉仪为长春光机 所产8o2一 I型；接收系统用光电 倍增管(也可用光电二极管)，为 便于调光在前面加一小孔光莉； 扫描电源用带 手动扫描 的低频 信号源，输出稳定性要好：记录仪 - 一 ：鱼： 豳 I皇垂l 圈 2 应用灵敏度较高的 x—Y记 录仪。 先用激光对整个系统准直，然后仔细调节扫描干涉仪和透镜位置，在小孔光阑处得到清 晰的干涉环；打开磁铁电源，选择适当的扫描电压、光阑孔径、磁场强度，绘出汞546lA谱线 2— 3个级次的塞曼分裂频谱(图3)。 实验的关键是扫描干涉仪两玻璃板平行 度的调节。因扫描干涉仪 比一般标准具调节 自由度多，所以调节时较难把握，可以用激光 进行调节。为防止扫描时玻璃板位置发生变 化，干涉仪调整好以后，各调节螺钉一定要镇 紧。此外扫描电源的性能对实验结果的影响 也很大，实验中一定要使用线性好、输出稳定 的信号源，否则将使干涉谱线变宽，影响塞曼 分裂频谱的质量。 3 结 果 汞原子 5461A谱线是由 态向 态跃 迁所产生，选择定则允许的跃迁有九种，其塞 圈 3 曼分裂频谱如图4所示。横线上下井别是 线和 线，各线长短对应其相对强度。 图3是奉实验铡出的汞 5461A谱线两最高级次的塞曼分裂频谱。从图上可以看出、共有九 条分裂谱线，与图4基本吻合。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 塞曼效应实验方法的研究 设扫描干涉仪的 自由光谱范 围为 ；在图 3 所测分裂频谱中，5461A谱线相邻级次谱线的间距 AL，，塞曼分裂谱线与 5461A谱线间距为 AL， 则由(1)式可得 争= AL 塞曼分裂谱线的裂距 = A L △i 田 4 用读数显微镜测出干涉仪两玻璃板之间准确距离 计算出自由光谱范围。 测量结果如下表．由表中可以看出，各相邻分裂谱线的波长差基本相等．最外侧两条谱线 误差较大，这是因为其相对强度较弱的缘故。单独测出它们的频谱，可以减少其测量误差． 寰 1 =Z0霸啊- -0．'r2g／h, 线 z线 线 谱线编号 2 3 4 5 6 7 8 9 间距 aL(rr~) 24．6 l&6 12j 6．2 O 丘4 l上8 1 t 撇 裂距 (勘 267 n202 nl36 n0S73 0 nO斟 ni剪 n2o7 n28． 裂距差{A] 00 n066 n唧 n0 73 0 0 n06晰 n0碍 n研 4 讨 论 (1)由所测频谱图可以看出，九条谱线基本测出，但强度最弱的两条 线不太明显。这主要 是由于我们所用扫描干涉仪的分辨率较低(精细度F'--20)造成的．若使用较高分辨率的扫描 干涉仪 >1o0)进行实验，将得到更加理想的塞曼分裂频谱． (2)本实验将塞曼分裂频谱在记录仪上直接绘出，省去了摄谱和用读数显徽镜测干涉环直 径的过程．与原实验比较，简便而直观，同时提高了实验精度． (3)由于测量灵敏度的提高．即使在磁场较弱，裂距较小的情况下．也能测出塞曼分裂的频 谱。在光路中加人检偏器件，可以方便地在频谱图上鉴别出 光与A光。这样便解决了在读数 显微镜中判别分裂谱线性质的困难，减轻了汞灯对眼睛的刺激． (4)本方法不失原实验的特点．在接收器件前加上读数显徽甓(或相机)，即可按原实验方 法进行观测和摄谱。实验中可将两种方法并用，相互比较，将会收到更好的效果． 参 考 文 献 I 楮圣麟．原子物理学 北京：^民载育出版社，1979,186～ 187 2 吴愚城，王祖铨．近代物理实验．北京：北京丈学出版社．I9甑 106～ 蛳 3 吕斯骅，朱印康．近代物理实验拉术f I)．北京：高等教育出版社．1993．凹～ 38 sTUDY ON D【I'ⅡIn嗍 AI．ME1 {0D 0lF ZEl EⅡ1EI田 刁】ao Chaozhong 刁】ao Qingming Zhang Konghui fHarl~ Normal乙11i 删1 ABSTR Inthispaper，anexpermaentalmethodisoffexedformeasuringZeemeneffectbyusingFabry—Perot scanning intefferon~ter,The experimental resul~ showed that the method js simple and effective． Keywords：Z~emalt effect；Fa~ry—Pea'ot Scann~ mterferomaer；Free spearal range 维普资讯 http://www.cqvip.com