1、1塞曼光谱偏振现象的实验研究摘要：本文以 Hg（5461 ）为例，先从理论上对塞曼效应及其偏振进行了分析，然后再通过实验观察得到 Hg（5461 ）的横向和纵向塞曼谱线，并旋转偏振片，对偏振现象进行了观察和分析，将实验结果与理论情况进行了对比。 关键词：塞曼效应 Hg 偏振 1 概述 塞曼效应的发现，为直接证明空间量子化提供了实验依据，对推动量子理论的发展起了重要作用。本实验是用高分辨率的分光仪器（如法布里珀罗标准具）去观察或拍摄汞的谱线（546.lnm）的塞曼效应，测量它分裂的波长差，朗德因子，并计算出电子的荷质比（e/m）的值。总自旋为零的原子，在不太强的外磁场中，原先的每条谱线分裂为三条
2、。如图 1 所示。 图 1 塞曼效应中的偏振观察 图 2 未加磁场时 2 Hg（5461A）塞曼效应理论分析 2.1 调节 F-P 标准具 点燃汞灯，不加磁场（I=0） ，将标准具放在导轨上，使光轴与汞灯在同一水平线上，聚光透镜与汞灯之间的距离要大于透镜的焦距 80mm，直接用肉眼去看干涉环，应该整个视野充满绿色圆环。如图 2 所示。 2.2 垂直于磁场方向观察塞曼分裂 2设式中入射光包含？姿 1 和？姿 2 两种波长，且？姿 1？姿 2，同一级次 K 对应着两个圆环，其直径各为 D1 和 D2，且 D1D2；单一波长的相邻两级次， （如：K，K-1）的两个圆环直径为 Dk 和 Dk-1，也就
3、是说 D1和 D2 为第 K 级次中被测量两波长所对应的圆环直径是相邻的，Dk 和 Dk-1 为相邻两级次（K，K-1）中相对应的中间圆环直径。 表 1 实验所得的数据 根据以上测得的数据代入公式 电子的荷质比公式为： = （ ） 微小波长差公式为：？姿= = （ ） 得荷质比为：2.737630e+011； 波长差为：2.317244e-003nm。 3 Hg（5461A）塞曼效应偏振现象实验分析 3.1 横向塞曼效应 在垂直于磁场方向上通过 F-P 标准镜观察 Hg 光源。可见到光谱如图3 所示。 图 3 加磁场时 在外磁场作用下一条干涉条纹将分裂为 9 条干涉条纹，在标准具和读数望远镜之
4、间放上偏振片，如果偏振片的偏振方向为水平，可看到 成分的二三条谱线，即内三个环，偏振方向为垂直时，只能看到 成分的 6 条谱线，即 6 个外部的圆环。用调好目镜的读数望远镜观看圆环，会看到放大 6 倍的清晰圆环像。逐渐增加电磁铁的电流，会看到干涉圆环逐渐变粗，最后原来的一个环向内和向外各分出 4 个环，为便于测量，3加入偏振片并旋转偏振片，当为 90 度时，就可以看到 分量（或 分量） ，再旋转 90 度可看到 分量（或 分量） ，如图 4 和图 5 所示。 图 4 分量 图 5 分量 3.2 纵向塞曼效应 将电磁铁的磁芯抽出，转动电磁铁 90，再将标准具向后移动与电磁铁及芯孔靠近，用读数望远
5、镜观察纵向塞曼效应。此时的光谱为圆振光。当磁场增加时，只能看到横向的 成分的 6 个外环，这 6 个外环皆为左、右旋的圆偏振光，在偏振片前再加上 波片，使圆偏振光附加了/2 位的相位差。从而圆振光 变为互相垂直的线偏振光，再转动偏振片，会区分出左、右旋圆偏振光。 4 总结 通过对 Hg（5461 ）的研究，先后从理论和实验进行论证塞曼效应产生的原因，观察 Hg（5461 ）谱线分裂的现象和谱线的特征，很好地掌握FP 标准具的结构、原理和调整方法并将实验结果与理论情况进行了对比，发现光的偏振态与观察方向 的关系。 参考文献： 1杨福家.原子物理学（第三版）M.高等教育出版社，2007-1，P172/p192. 2徐兰珍.西安邮电学院学报.1997，3 月，第 2 卷第 L 期. 3朱振和.塞曼谱线的偏振特性J.大学物理，2003，22（9）.
