塞曼光譜偏振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究

王海軍 等

摘要：本文以Hg（5461 ）為例，先從理論上對塞曼效應(yīng)及其偏振進(jìn)行了分析，然后再通過實(shí)驗(yàn)觀察得到Hg（5461 ）的橫向和縱向塞曼譜線，并旋轉(zhuǎn)偏振片，對偏振現(xiàn)象進(jìn)行了觀察和分析，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論情況進(jìn)行了對比。

關(guān)鍵詞：塞曼效應(yīng) Hg 偏振

1 概述

塞曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，為直接證明空間量子化提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對推動量子理論的發(fā)展起了重要作用。本實(shí)驗(yàn)是用高分辨率的分光儀器（如法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)具）去觀察或拍攝汞的譜線（546.lnm）的塞曼效應(yīng)，測量它分裂的波長差，朗德因子，并計算出電子的荷質(zhì)比（e/m）的值?？傋孕秊榱愕脑?，在不太強(qiáng)的外磁場中，原先的每條譜線分裂為三條。如圖1所示。

圖1 塞曼效應(yīng)中的偏振觀察 圖2 未加磁場時

2 Hg（5461A）塞曼效應(yīng)理論分析

2.1 調(diào)節(jié)F-P標(biāo)準(zhǔn)具

點(diǎn)燃汞燈，不加磁場（I=0），將標(biāo)準(zhǔn)具放在導(dǎo)軌上，使光軸與汞燈在同一水平線上，聚光透鏡與汞燈之間的距離要大于透鏡的焦距80mm，直接用肉眼去看干涉環(huán)，應(yīng)該整個視野充滿綠色圓環(huán)。如圖2所示。

2.2 垂直于磁場方向觀察塞曼分裂

設(shè)式中入射光包含？姿1和？姿2兩種波長，且？姿1<？姿2，同一級次K對應(yīng)著兩個圓環(huán)，其直徑各為D1和D2，且D1

表1 實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)

根據(jù)以上測得的數(shù)據(jù)代入公式

電子的荷質(zhì)比公式為： = （ ）

微小波長差公式為：△？姿= = （ ）

得荷質(zhì)比為：2.737630e+011；

波長差為：2.317244e-003nm。

3 Hg（5461A）塞曼效應(yīng)偏振現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)分析

3.1 橫向塞曼效應(yīng)

在垂直于磁場方向上通過F-P標(biāo)準(zhǔn)鏡觀察Hg光源。可見到光譜如圖3所示。

圖3 加磁場時

在外磁場作用下一條干涉條紋將分裂為9條干涉條紋，在標(biāo)準(zhǔn)具和讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡之間放上偏振片，如果偏振片的偏振方向?yàn)樗剑煽吹溅谐煞值亩龡l譜線，即內(nèi)三個環(huán)，偏振方向?yàn)榇怪睍r，只能看到σ成分的6條譜線，即6個外部的圓環(huán)。用調(diào)好目鏡的讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡觀看圓環(huán)，會看到放大6倍的清晰圓環(huán)像。逐漸增加電磁鐵的電流，會看到干涉圓環(huán)逐漸變粗，最后原來的一個環(huán)向內(nèi)和向外各分出4個環(huán)，為便于測量，加入偏振片并旋轉(zhuǎn)偏振片，當(dāng)為90度時，就可以看到σ分量（或π分量），再旋轉(zhuǎn)90度可看到π分量（或σ分量），如圖4和圖5所示。

圖4 π分量 圖5 σ分量

3.2 縱向塞曼效應(yīng)

將電磁鐵的磁芯抽出，轉(zhuǎn)動電磁鐵90°，再將標(biāo)準(zhǔn)具向后移動與電磁鐵及芯孔靠近，用讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡觀察縱向塞曼效應(yīng)。此時的光譜為圓振光。當(dāng)磁場增加時，只能看到橫向的σ成分的6個外環(huán)，這6個外環(huán)皆為左、右旋的圓偏振光，在偏振片前再加上σ波片，使圓偏振光附加了π/2位的相位差。從而圓振光σ變?yōu)榛ハ啻怪钡木€偏振光，再轉(zhuǎn)動偏振片，會區(qū)分出左、右旋圓偏振光。

4 總結(jié)

通過對Hg（5461 ）的研究，先后從理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證塞曼效應(yīng)產(chǎn)生的原因，觀察Hg（5461 ）譜線分裂的現(xiàn)象和譜線的特征，很好地掌握F—P標(biāo)準(zhǔn)具的結(jié)構(gòu)、原理和調(diào)整方法并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論情況進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)光的偏振態(tài)與觀察方向θ的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊福家.原子物理學(xué)（第三版）[M].高等教育出版社，2007-1，P172/p192.

[2]徐蘭珍.西安郵電學(xué)院學(xué)報.1997，3月，第2卷第L期.

[3]朱振和.塞曼譜線的偏振特性[J].大學(xué)物理，2003，22（9）.