塞曼光譜偏振現象的實驗研究

王海軍 等

摘要：本文以Hg（5461 ）為例，先從理論上對塞曼效應及其偏振進行了分析，然后再通過實驗觀察得到Hg（5461 ）的橫向和縱向塞曼譜線，并旋轉偏振片，對偏振現象進行了觀察和分析，將實驗結果與理論情況進行了對比。

關鍵詞：塞曼效應 Hg 偏振

1 概述

塞曼效應的發現，為直接證明空間量子化提供了實驗依據，對推動量子理論的發展起了重要作用。本實驗是用高分辨率的分光儀器（如法布里—珀羅標準具）去觀察或拍攝汞的譜線（546.lnm）的塞曼效應，測量它分裂的波長差，朗德因子，并計算出電子的荷質比（e/m）的值。總自旋為零的原子，在不太強的外磁場中，原先的每條譜線分裂為三條。如圖1所示。

圖1 塞曼效應中的偏振觀察 圖2 未加磁場時

2 Hg（5461A）塞曼效應理論分析

2.1 調節F-P標準具

點燃汞燈，不加磁場（I=0），將標準具放在導軌上，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，應該整個視野充滿綠色圓環。如圖2所示。

2.2 垂直于磁場方向觀察塞曼分裂

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

表1 實驗所得的數據

根據以上測得的數據代入公式

電子的荷質比公式為： = （ ）

微小波長差公式為：△？姿= = （ ）

得荷質比為：2.737630e+011；

波長差為：2.317244e-003nm。

3 Hg（5461A）塞曼效應偏振現象實驗分析

3.1 橫向塞曼效應

在垂直于磁場方向上通過F-P標準鏡觀察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，在標準具和讀數望遠鏡之間放上偏振片，如果偏振片的偏振方向為水平，可看到π成分的二三條譜線，即內三個環，偏振方向為垂直時，只能看到σ成分的6條譜線，即6個外部的圓環。用調好目鏡的讀數望遠鏡觀看圓環，會看到放大6倍的清晰圓環像。逐漸增加電磁鐵的電流，會看到干涉圓環逐漸變粗，最后原來的一個環向內和向外各分出4個環，為便于測量，加入偏振片并旋轉偏振片，當為90度時，就可以看到σ分量（或π分量），再旋轉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

將電磁鐵的磁芯抽出，轉動電磁鐵90°，再將標準具向后移動與電磁鐵及芯孔靠近，用讀數望遠鏡觀察縱向塞曼效應。此時的光譜為圓振光。當磁場增加時，只能看到橫向的σ成分的6個外環，這6個外環皆為左、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變為互相垂直的線偏振光，再轉動偏振片，會區分出左、右旋圓偏振光。

4 總結

通過對Hg（5461 ）的研究，先后從理論和實驗進行論證塞曼效應產生的原因，觀察Hg（5461 ）譜線分裂的現象和譜線的特征，很好地掌握F—P標準具的結構、原理和調整方法并將實驗結果與理論情況進行了對比，發現光的偏振態與觀察方向θ的關系。

參考文獻：

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[2]徐蘭珍.西安郵電學院學報.1997，3月，第2卷第L期.

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