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(zhuǎn)偏振片，對偏振現(xiàn)象進行了觀察和分析，將實驗結(jié)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(fā)現(xiàn)，為直接證明空間量子化提供了實驗依據(jù)，對推動量子理論的發(fā)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(zhì)比（e/m）的值?？傋孕秊榱愕脑?，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(diào)節(jié)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(huán)，應該整個視野充滿綠色圓環(huán)。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(huán)，其直徑各為D1和D2，且D1

表1 實驗所得的數(shù)據(jù)

根據(jù)以上測得的數(shù)據(jù)代入公式

電子的荷質(zhì)比公式為： = （ ）

微小波長差公式為：△？姿= = （ ）

得荷質(zhì)比為：2.737630e+011；

波長差為：2.317244e-003nm。

3 Hg（5461A）塞曼效應偏振現(xiàn)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?？梢姷焦庾V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(shù)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(nèi)三個環(huán)，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(huán)。用調(diào)好目鏡的讀數(shù)望遠鏡觀看圓環(huán)，會看到放大6倍的清晰圓環(huán)像。逐漸增加電磁鐵的電流，會看到干涉圓環(huán)逐漸變粗，最后原來的一個環(huán)向內(nèi)和向外各分出4個環(huán)，為便于測量，加入偏振片并旋轉(zhuǎn)偏振片，當為90度時，就可以看到σ分量（或π分量），再旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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(huán)，這6個外環(huán)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?yōu)榛ハ啻怪钡木€偏振光，再轉(zhuǎn)動偏振片，會區(qū)分出左、右旋圓偏振光。

4 總結(jié)

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(chǎn)生的原因，觀察Hg（5461 ）譜線分裂的現(xiàn)象和譜線的特征，很好地掌握F—P標準具的結(jié)構(gòu)、原理和調(diào)整方法并將實驗結(jié)果與理論情況進行了對比，發(fā)現(xiàn)光的偏振態(tài)與觀察方向θ的關系。

參考文獻：

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