塞曼效应 - 图文

物理学及电子技术学院

近代物理实验 （论文）

题目： 塞曼效应 专业： 物理学 班级： 级班 学号： 姓名： 指导教师：

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目录

摘要 ………………………………………………………………………………… 1 1. 引言 ……………………………………………………………………………… 1 2. 正文 ……………………………………………………………………………… 1

2.1实验原理 ……………………………………………………………………… 1

2.1.1塞曼分裂 …………………………………………………………… 1

2. 2.2塞曼效应的选择定则 ……………………………………………… 2

2.2.3汞（546.1nm谱线）塞曼效应理论分析 …………………………… 3 2.2.4 法布里—珀罗（F-P）标准具工作原理 …………………………… 5

2.2.5 实验装置 ………………………………………………………… 8 2.3. 实验内容与过程 ………………………………………………………… 9

2.4.数据记录及处理 …………………………………………………………… 10 2.5. 结果分析 …………………………………………………………………… 11 3. 结论 ……………………………………………………………………………… 11 参考文献 ……………………………………………………………………………… 12

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塞曼效应

物理学X班 XXX 200XXXXXXX

摘要：本文通过应用法布里-珀罗（F-P）标准具测量了汞(546.1nm)的裂距、 电子荷质比（

em）

的值和分裂的波长差△?，结合塞曼效应实验和原子物理的相关知识研究原子能级结构，旨在加深对塞曼效应的理解。

关键词：塞曼效应 F-P标准具 裂距 荷质比 波长差

一． 引言

塞曼效应是原子在磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线的现象。把光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体，使其光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，，由此不仅可以证实原子具有磁矩和空间取向的量子化，而且可以从塞曼效应的分裂谱线分析原子能级的分裂情况，确定其裂距、 电子荷质比

em以及分裂的波长差，从而得到有关量子态的重要

信息，所以塞曼效应是研究原子内部能级结构的重要途径之一。

本次试验通过综合考虑所有塞曼谱线的分裂情况和偏振特性反推出格罗图和能级分裂图，然后再利用由F-P标准具直接测量的干涉花样得到裂距,从而计算得电子荷质比差。

em以及分裂的波长

二. 正文

1.实验原理

（1）塞曼分裂

外磁场对原子能级的作用

原子受磁场作用旋进而引起的附加能量

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?E???JBcos?

PJcos??M?E?ge2mh2?e2mPJBcos??J?gPJM?J,J?1,?,?J（共2J + 1个M 值） 在能级E2和E1之间跃迁形成的光谱谱线的频率： 所以：

?E?Mghe4?mh??E2?E1B?Mg?BB其中： ??B（玻尔磁子）

4?mhe

即原子能级在磁场中的分裂层数为2J+1，每层能级从无磁场时能级移动：

?E?Mghe4?mB?Mg?BB即：附加能量不仅与外磁场B有关，还与朗德因子g有关。磁量子数M共有2J+1个值，因此原子在外磁场中时原来的一个能级将分裂成 2J+1个子能级。 这两个能级在磁场中一般要分裂，形成的新的光谱频率为：

所以,分裂后的谱线和原谱线之间的频率差为：

h????E2??E2???E1??E1???E2?E1????E2??E1??h???M2g2?M1g1??BBh???h???M2g2?M1g1??BB?????1???1???M2g2?M1g1?Be4?m

??M2g2?M1g1?L

L?Be

其中： 称之为洛伦兹单位 4?mc

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（2）塞曼跃迁的选择定则

塞曼效应的能级跃迁遵从的选择定则为：?M?0， ±1(当?J?0时，M2?0→M1?0的不存在)。

对?M?0，产生振动方向平行于磁场的线偏振光，称为π线，可在垂直于磁场的方向上观察到，平行于磁场的方向上观察时，光强为零。

对?J?0时,由于M1，M2不能同时为零, 故M2?0到M1?0的跃迁是禁戒的.

对?M??1，垂直于磁场观察时，可看到振动垂直于磁场的线偏振光，称为σ线；平行于磁场的方向观察时，σ呈圆偏振态。当沿磁场方向观察时，?M??1为右旋圆偏振光，?M??1为左旋圆偏振光。

表一 各光线偏振态

跃迁 方向 ?M=0 ?M=+1 K⊥H (横向) 直线偏振，?成分 直线偏振，?成分 直线偏振，?成分 K∥H (纵向) 无光 右旋圆偏振 左旋圆偏振 ?M=-1

说明： ⅰ.为K光波矢量，H为磁场强度矢量。

ⅱ. ?成分表示光波的电矢量E∥B，?成分表示E ⊥B.

ⅲ. 在光学中，如果光线对于观察者迎面而来，这时电矢量若按逆时针方向旋转，我们称之为左旋圆偏振光；若逆时针方向旋转，则称之为右旋圆偏振光。

(3) 汞（546.1nm谱线）塞曼效应理论分析

汞绿光，即Hg（5461 nm）是由{6s 7s}3S1→{6s 6p}3P2能级跃迁产生的 。

对L－S耦合： 33

7S1到6P2之间的跃 与Mg值列表如下：

J(J?1)?L(L?1)?S(S?1)2J(J?1)g?1?迁。与这两项能级及其塞曼分裂能级对应的量子数和g，M

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