PWZ-4型塞曼效应实验仪说明书 - 杭州精诚光电子有限公司.DOC

PWZ-4型塞曼效应实验仪 使用说明书 杭州精诚光电子有限公司 E-mail:jcgdz@126.com Tel:0571 PWZ-4型塞曼效应实验仪 说明书 一、前言： 　　　塞曼效应在量子论的发展中起了重大作用。为此曾获1902年度诺贝尔物理奖，至今它还是研究原子结构和能级参数的重要手段，也是激光技术、测量技术中的重要手段。塞曼在当年的技术条件下，实施其实验研究时，技术难度是很大的，当今的技术，已能让大学生轻松从容地去有效观测这一重要科学现象。通过这个实验能让学生通过光信号来看原子，又能得到一系列技术上的训练和启发。 　本仪器具有七大亮点，受到普遍赞赏： 1、核心关键部件标准具精度高，平面度优于λ/100 ，保证清晰分辨。 2、可任选固体标准具或空气隙标准具，并可互换，以适应不同需要。 3、固体准具无须调整，实验操作方便，确保实验百分之百成功。 4、标准具镜面膜层为宽带高反射低损耗膜系，覆盖汞灯全部可见光谱线，配合多滤光片盘，可方便观测多条汞灯谱线不同的塞曼效应。 5、既可显微目观测，直观、开放；又可用CCD摄像，在电脑上进行测量，（采用优质成像透镜，避免畸变误差；采用通用软件，降低不必要成本）。 6、小型强永磁，轻巧方便、稳定可靠、使仪器故障率低到最低。 图一 三、各主要部件技术参数： 　　空气隙FP标准具：空气间隙2mm，通光孔径Φ25，高反射带宽≥200nm，外壳直径Φ62。 固体FP标准具:厚度1.4mm左右(每只有确切标示)，基片直径Φ20，高反射带宽≥200nm,外壳直径Φ32。 汞灯及其电源：灯宽度＜.4mm，放电电流约8mADC。 永久磁铁：磁隙间隙6.5mm，磁感应强度B≈1.1T左右（每台有确切的标示），可垂直竖起对汞灯加磁场，或卧倒移去磁场。 滤光片盘：有5个孔位，一孔无滤光片，各谱线都通过，其他四孔分别有577nm和579nm、546nm、436nm、405nm四片滤光片，通带半宽度7±2nm，峰值透过率≥40％ 成像透镜：焦距f=180mm,消色差、象差，通光孔径Φ50。 　　千分表：读数分辨率0.001mm。横向移动测量范围≥20mm。 摄像头：123万像素静态分辨率。 四、使用方法： 装好汞灯，使磁铁竖起时汞灯位于磁隙正中间，不擦到磁极，锁紧支头螺丝。调节聚光透镜高低左右，使磁隙中央的汞灯段投射到标准具的孔径中央。 ㈠12mm位置（中央位置）。选择滤光片空挡位，从目镜观察，旋转目镜后圈，使目镜内的十字叉丝最清晰；前后调焦目镜，使看到的等倾干涉环最清晰；左右高低调节聚光透镜，使干涉环显现亮区最佳;调节FP标准具方位角使等倾干涉环中心位于目镜十字叉丝中心。（若仪器系统中选用的FP标准具是空气隙型式的，则需按空气隙标准具说明书介绍的方法仔细调节平行度，才能使干涉环清晰。若选用的是固体标准具，则无需此项调节。） 选择546nm滤光片，可看到一套绿色干涉环。取下偏振片，竖起磁铁时，每个环分裂成9个环，呈反常塞曼效应现象。仔细前后调节目镜使环最清晰。 插入偏振片，旋转偏振片时可看到分量消失或σ分量消失的现象。 把千分表旋到最大位置，然后使目镜十字叉的垂直丝对准某一干涉环，在千分表上读出并记录此环的相对位置，逐步旋小千分表的数字位置，在此过程中一次一次地把十字叉垂丝对准欲测量的干涉环，并读记这些环的相对位置。把相应干涉环的左、右位置数相减，即可得到该环的直径D。 相近谱线的观测。设有二条相近谱线、，经标准具形成二套同心干涉环。由标准具基本公式可见，若，在同一干涉级次K中，波长稍大的谱线所形成的干涉环在波长稍小的谱线所形成的干涉环的内侧即：,如图二所示。可导出它们的波数差为: （1） 　图二 式中h为标准具镜面间隔几何距离；而n是镜面之间介质的折射率，对空气隙标准具来说，可近似认为是1,对（石英）固体标准具来说，对546.1nm的光为1.460，对577nm是1.459,对436nm是1.467,对405nm是1.470。测出同一分量在相邻级次的环直径和根据FP标准具的理论，同一谱线各相邻级次环直径的平方差是相等的，它对应于自由光谱范围，测出待测二分量在同一级次中的环直径和即可依(1)式算出它们的波数差，依此就可算得塞曼分裂的大小。为了减少测量次数，可选即为或。 7、根据原子物理的有关知识，各塞曼分量偏离无磁场时谱线的波数差为： （2） 其中是所谓“洛仑兹单位”，B是磁感应强度、e是电子电量，m为电子质量，c为光速；而、分别为跃迁的上下能级的磁量子数，、分别为上下能级的朗德因子。图三示出，对于汞绿线有9个值(-2，-3/2，-1，-1/2，0，1/2，1，3/2，2),分裂为9个塞曼分量，相邻分