塞曼效应.doc

云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称:近代物理实验实验项目:塞曼效应学生姓名: 朱江醒学号:20051050148物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业成绩指导教师:姜泽军实验时间:2007年11月4日8时30分至12时30分实验地点:四合院实验类型:教学(演示□验证□综合□设计□)学生科研□课外开放□测试□其它□一、实验目的掌握塞曼效应理论,测定电子的荷质比,确定能级的量子数和朗德因子,绘出跃迁的能级图。掌握法布里-D摄像器件在图像传感中的应用。二、实验原理处于电磁场中的发光体,光谱线发生分裂的现象,称为塞曼效应,其原理简述如下:(用角动量表征),一方面本身做自旋运动(用角动量表征),将分别产生轨道磁矩和自旋磁矩,它们与角动量的关系是:(1)和合成总角动量并分别绕旋进,与合成总磁矩,在延线上的分量才是一个定向恒量。对多电子原子,由于角动量之间的相互作用,有LS耦合和jj耦合,但大多数情况是LS耦合。对于两个电子,则有合成L;合成S;L、S又合成J。因此在延线上的分量与的关系是:(2)g称朗德因子。在LS耦合情形,它与L、S和J的关系是(3)由于L、S和J只能取整数和半整数,得出的g是一个简分数。,产生原子磁矩与外磁场的相互耦合,赋予的耦合能量为(4)式中称玻尔磁子;M为磁量子数,是J在磁场方向上的量子化投影。由于J一定时,M取值为-J,-J+l,…,J-l,J,即取2J+1个数值,所以在外磁场中每一个原子能级(由J表征,称精细结构能级)都分裂为2J+1个等间距的子能级(亦称磁能级),其间距由朗德因子g表征。两精细能级中磁能级之间的跃迁得到塞曼效应观察到的分裂光谱线,用波数表示为:(5)式中,称为洛伦兹单位。M的选择定则是(6)脚标2、1分别代表始、终能级,其中跃迁谱线称为分支线,跃迁谱线称为分支线。,光的偏振情况是与角动量相关联的,在跃迁过程中原子与光子组成的系统除能量守恒外还必须满足角动量守恒。,说明原子跃迁时在磁场方向角动量不变,因此,光是沿磁场方向振动的线偏振光。,说明原子跃迁时在磁场方向角动量减少一个,则光子获得在磁场方向的一个角动量,因此沿磁场指向方向观察,为反时针的左旋圆偏振光;同理,可得顺时针的右旋圆偏振光。,即,,得到正常塞曼效应,波数差为(7)通常情况两种磁矩同时存在,即,则和均不为1,称为反常塞曼效应,波数差为(8)三、—珀罗标准具假定磁场强度H=l特斯拉,则正常塞曼分裂,对于如此小的波数差,必须使用高分辨本领的光谱仪器,例如法布里—珀罗标准具。该仪器由固定间隔d的两块平行平晶构成,内表面均镀有高反射膜(反射系数R>),因多光束干涉获得极高的分辨本领。满足干涉极大的两相邻光束的光程差为(9)表征法—珀标准具的两个参量是自由光谱范围和分辨本领。(1)自由光谱范围所谓自由光谱范围即所能研究的最大光谱范围,它等于移动一个月时波长的改变。如以某单色光为基准,其自由光谱范围可表示为(10)更有意义的是用波数来表示,则有(11)即用波数表征的自由光谱范围是一仅与间隔厚度及间隔中介牛折射率有关的恒量。例如对于d=,着=5461Å,则=Å,。(2)分辨本领