近代綜合塞曼課件

塞曼效應(yīng)1在原子、分子物理學(xué)和化學(xué)中的光譜分析里是指原子的光譜線在外磁場(chǎng)中出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象。塞曼效應(yīng)（Zeemaneffect）荷蘭物理學(xué)家塞曼于1896年發(fā)現(xiàn)了鈉黃線在磁場(chǎng)中變寬的現(xiàn)象,后來又觀察到了鎘藍(lán)線在磁場(chǎng)中的分裂。塞曼在洛侖茲的指點(diǎn)和洛侖茲經(jīng)典電子論的指導(dǎo)下,解釋了正常塞曼效應(yīng)和分裂后的譜線的偏振特性,并且估算出的電子的荷質(zhì)比與幾個(gè)月后湯姆遜從陰極射線得到的電子荷質(zhì)比相同.2

1902年洛侖茲和塞曼共享了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。洛倫茲塞曼3一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握觀測(cè)塞曼效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。(2)觀察汞原子546.1nm譜線的分裂現(xiàn)象以及它們偏振狀態(tài)

(3)由塞曼效應(yīng)計(jì)算電子的荷質(zhì)比。5l=1l=0ml=0ml=-1ml=1塞曼效應(yīng)可以用空間量子化來說明。如圖所示，在外磁場(chǎng)中，對(duì)于l=1的能級(jí)，共有三個(gè)量子態(tài)，即ml=0,±1，于是從能級(jí)l=1的三個(gè)量子態(tài)分別躍遷到能級(jí)l=0時(shí)，就產(chǎn)生了三條譜線，這種現(xiàn)象，稱為正常塞曼效應(yīng)。反常塞曼效應(yīng)：有些元素，例如鈉譜線在弱磁場(chǎng)中分裂為四條、六條譜線，這種現(xiàn)象稱為反常塞曼效應(yīng)。1926年，海森伯考慮了電子的自旋后，才用量子力學(xué)對(duì)反常塞曼效應(yīng)給出了正確的說明。二．實(shí)驗(yàn)原理塞曼效應(yīng)的產(chǎn)生是原子磁矩和外加磁場(chǎng)作用的結(jié)果。6電子的角動(dòng)量和磁矩電子具有軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量，其值是量子化的，分別為其中L為總軌道角動(dòng)量量子數(shù)，S為總自旋角動(dòng)量量子數(shù)。電子的軌道磁矩和自旋磁矩與軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量的關(guān)系為：7原子的總角動(dòng)量為軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量的和,即其取值也是量子化的其中J為總角動(dòng)量量子數(shù)。相應(yīng)的原子的總磁矩為軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和原子的有效磁矩為：9其中g(shù)為朗德因子，它表征原子總磁矩和總角動(dòng)量的關(guān)系，其值決定于軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量的耦合形式，g隨耦合類型不同（LS耦合和jj耦合）有兩種解法。在LS耦合下：原子所受到的力矩和在磁場(chǎng)中的能量移動(dòng)原子由于磁矩的存在，在磁場(chǎng)中就會(huì)受到磁場(chǎng)的力矩作用，原子的總磁矩在外磁場(chǎng)中受到的力矩為：10在外磁場(chǎng)的作用下,原子總角動(dòng)量PJ和磁距J繞磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，原子在磁場(chǎng)中的附加能量E如（1）式。角動(dòng)量在磁場(chǎng)中取向是量子化的，如（2）式所示，這樣附加能量又可表示為（3）式(1)(2)(3)M稱為磁量子數(shù)其中稱為玻爾磁子11自然光和偏振光光矢量振動(dòng)面OHE偏振光自然光完全偏振光部分偏振光線(平面)偏振光橢圓偏振光圓偏振光光光波是電磁波------橫波性,光矢量的振動(dòng)方向和傳播方向垂直。矢量的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。矢量可以有各種不同的振動(dòng)狀態(tài).13

自然光：一般光源發(fā)出的光，包含各個(gè)方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等.1、自然光子光波的振動(dòng)方向相對(duì)傳播方向是隨機(jī)各向均等分布。沒有優(yōu)勢(shì)方向142、偏振光（線偏振光）光振動(dòng)只沿某一固定方向的光.振動(dòng)面符號(hào)表示·面對(duì)光的傳播方向看·面對(duì)光的傳播方向看15偏振片、起偏器和檢偏器

二向色性:

某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng),而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過,這種性質(zhì)稱二向色性.

偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片.

偏振化方向：當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此偏振片的偏振化方向(又稱通光方向)。1、偏振片及其性能17

起偏通光方向起偏器起偏：使自然光（或非偏振光）變成線偏振光。檢偏：檢查入射光的偏振性。起偏器（偏振片、尼科耳鏡等）同時(shí)可作為檢偏器18檢偏器

檢偏起偏器192122本實(shí)驗(yàn)光源為汞放電管，研究Hg的5461埃譜線的塞曼分裂。Hg5461?綠線是{6S7S}3S1→{6S6P}3P2能級(jí)躍遷產(chǎn)生的。23三、多光束干涉的原理

多個(gè)光波相干迭加時(shí)，出現(xiàn)多光束干涉現(xiàn)象多光束干涉的途徑：

振幅分割----薄膜或介質(zhì)分界面的多次反射或透射.

波前分割----多縫或光柵取代Young干涉中的雙縫;25

波前分割----多縫的干涉26提高介質(zhì)表面的反射率，使多束反射光或透射光參與干涉介質(zhì)表面上的多次反射和透射27四、法布里—珀羅干涉儀為了得到十分狹窄、邊緣清晰、十分明亮的干涉條紋，采用位相差相同的多光束干涉系統(tǒng)。面光源s放在透鏡L1的焦平面上。接收屏s’放在透鏡L2的焦平面上。透明板G1//G2，其相向的平面上渡有高反射膜，要求渡膜表面很平（與標(biāo)準(zhǔn)樣板的偏差不超過1/20—1/50波長(zhǎng)）。不變，法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。改變，法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)干涉儀。29法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的干涉花樣

光源s發(fā)出的光在GG’之間多次反射，透出的平行光在L2的焦平面上形成等傾干涉條紋301897年發(fā)明法布里—珀羅空腔諧振器

20世紀(jì)50年代中期，肖洛與美國(guó)著名物理學(xué)家湯斯共同研究微波激射問題。當(dāng)湯斯提出受激輻射放大原理時(shí)，肖洛第一個(gè)提出運(yùn)用沒有側(cè)壁的開放式法布里-珀羅腔作振蕩器的設(shè)想。1960年，他和湯斯研制出第一臺(tái)激光器。阿爾弗雷德.珀羅法國(guó)夏爾.法布里法國(guó)3132330筆型汞燈、１聚光鏡、２標(biāo)準(zhǔn)具濾色片、３法—珀標(biāo)準(zhǔn)具、４偏振片、５,６調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡和ccd器件、７USB外置圖像采集卡、８顯示器、9電磁鐵

五、塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置21350678NS9434六、塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)步驟（1）轉(zhuǎn)動(dòng)電磁鐵，使之橫向放置，調(diào)節(jié)測(cè)量臺(tái)，使筆型汞燈豎直放置在磁隙正中，接上汞燈電源連接線；（2）連接好CCD攝像機(jī)的電源線（12V變壓器）USB線。（3）在光學(xué)導(dǎo)軌上依次安放聚光透鏡、濾光片、法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具、偏振片刻度盤、CCD攝像機(jī)，調(diào)節(jié)平行、同軸；（4）點(diǎn)亮筆型汞燈，繼續(xù)調(diào)節(jié)平行、同軸，打開CCD攝像機(jī)和電腦監(jiān)視系統(tǒng)，仔細(xì)調(diào)節(jié)鏡頭，可以在屏幕上看到銳細(xì)的汞光譜干涉條紋；35（5）打開勵(lì)磁電源，加上磁場(chǎng)，可以看到銳細(xì)干涉圓環(huán)變粗，仔細(xì)調(diào)節(jié)CCD攝象機(jī)鏡頭，并慢慢增加磁場(chǎng)，可以看到干涉圓環(huán)逐漸清晰，仔細(xì)觀察可以看出變粗的條紋是由九條細(xì)線組成；（6）加上偏振片，旋動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕，觀察熒屏上的分裂的π光和σ光條紋的變化情況；（7）實(shí)驗(yàn)中要求計(jì)算K級(jí)和（K-1）級(jí)兩級(jí)干涉圓環(huán)的直徑，即要求能夠清晰看出中心六個(gè)分裂環(huán)，仔細(xì)調(diào)節(jié)，達(dá)到采集要求，通過塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)分析軟件處理所得分裂光譜圖象，計(jì)算電子荷質(zhì)比，并計(jì)算測(cè)量誤差。36（1）筆型汞燈工作時(shí)會(huì)輻射出紫外線，所以操作實(shí)驗(yàn)時(shí)不宜長(zhǎng)時(shí)間眼睛直視燈光；（2）汞燈工作時(shí)需要電壓，在打開汞燈電源后，不應(yīng)接觸汞燈接線柱，以免對(duì)人