HGWPZ塞曼效应仪说明书.docx
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HGWPZ塞曼效应仪说明书
HG-WPZ型塞曼效应仪
使用说明
杭州光学电子仪器有限公司
在外磁场作用下,使光谱线产生分裂的现象称为塞曼效应。
利用塞曼效应,根据磁场对光产生的影响,使我们认识到发光原子的运动状态及其量子化的特性。
至今塞曼效应仍是研究原子结构和能级参数的重要手段,也是激光技术和测量技术的重要手段。
HG-WPZ型塞曼效应仪是一种观察测量塞曼效应的高精度装置,仪器涉及光、机、电、磁等多领域的知识,是一个很好的综合性物理实验仪器。
一、仪器的工作原理
仪器原理图如图一所示。
安装在电磁铁1磁极中间的汞灯2发出的光经过透镜3,接近平行光束透过中心波长为5461Å窄带干涉滤光片4,均匀地射入F-P标准具5,产生多光束干涉。
当电磁铁磁场强度逐渐增大,在外磁场的作用下,相应地一条干涉条纹将分裂为9条塞曼谱线。
在透镜与滤光片之间,放入偏振片8,旋转偏振片,将σ成分的6条谱线滤去,保留π成分3条谱线。
或旋转偏振片,滤去π成分3条谱线而保留σ成分的6条谱线。
透过成象物镜6及测微装置7对干涉条纹及分裂谱线有关参数实测,计算,即可获得需求结果
图一
二、仪器主要技术参数
·电磁铁
电感应强度B=0~1.2T
磁极间距6.5mm
磁极端直径Ф25mm
·空气隙F-P标准具
空气隙石英间隔2mm
通光口径Ф40mm
中心波长5893Å
高反射带宽≥2000Å
平面度优于λ/30
·干涉滤光片
中心波长5461Å
通过半宽度7±2nm
峰值透过率≥40%
·成象物镜
焦距f’=180mm
孔径Ф50mm
·测微装置
分度值0.01mm
测量范围25mm
·导轨长750mm
三、仪器的结构
塞曼效应仪工作示意如图二所示。
电磁铁置于磁铁左可绕中心轴旋转,供横向塞曼及纵向塞曼实验。
转座上装有汞灯架,汞灯架夹住笔型汞灯于电极磁铁中间。
仪器的其余分立部件都安装在一支金属导轨上,导轨经三颗底脚调平螺丝调整成水平状态。
移动导轨上的滑块,将透镜、干涉滤光片、偏振片、F-P标准具、成像物镜及测微装置等分立部件调整到一定位置,以满足实验要求。
分别对各个部件调整,以达到光学系统共轴,这是实验必须的。
1、电磁铁连磁铁座2、笔形汞灯连灯架3、透镜连镜座
4、偏振片连座5、干涉滤光片连座6、F-P标准具连调节座
7、成象物镜连镜座8、测微装置9、导轨连底脚
10、汞灯电源11、可调电源
图二
四、操作步骤
A.横向塞曼
1、将仪器导轨放置在实验台上,调整底脚螺钉,使导轨成水平状态。
2、将电磁铁(带磁铁座)放在实验台上,紧靠导轨尾部。
连接可调电源。
3、把笔型汞灯放入灯架并置于电磁铁的磁极间,用专用电源点燃汞灯。
4、放置透镜f’=100mm,使出射光接近平行光束。
5、放置窄带干涉滤光片,求汞灯光均匀充满全孔径。
6、放置F-P标准具,要求与干涉滤光片同轴。
7、放置成像物镜f’=180mm,调整与标准具同轴。
8、放置测微装置与成象物镜共轴。
前后调节与成象物镜间间距,通过目镜即可看到清晰的干涉条纹,如图三(a)所示。
此时允许仔细微调标准具上三颗微调螺丝,使标准具反射平面严格平行(调整方法见F-P标准具的调整)。
9、接通可调电源,逐渐提高电压,随着磁场强度的增大,通过目镜可以看到9条塞曼分裂谱线。
如图三(b)所示。
10、安装偏振片置于聚光镜与干涉滤光片之间,旋转偏振片即可看到塞曼π分量和σ分量(如图三c,d)
(图三a)未加磁场的谱线
(图三b)加磁场的塞曼分裂谱线
(图三c)塞曼π分量
(图三d)塞曼σ分量
B.纵向塞曼:
1、抽掉电磁铁一端的Ф6芯棒,将电磁铁旋转90°使汞灯光束从小孔中射出。
2、各分立部件的安置调整与横向实验相同。
3、在电磁铁小孔前加λ/4波片给园偏振光以附加的π/2位相差,使园偏振光变为线偏振光,波片上箭头指标方向的慢轴方向,表示位相差落后π/2,偏振片顺时针旋转45°时,可见分裂的两条谱线其中一条消失了;偏振片逆时针旋转45°时,可见消失的一条谱线重现,而另一条消失,证实分裂的两条谱线是左、右旋园偏振光。
五、F-P标准具的调整
塞曼效应光谱实验的成功与否关键在于法布里-珀罗标准具的调整,只有把标准具的两块玻璃平行度调整好,才能看到条纹很细且亮的高对比度的干涉条纹,并且条纹的直径不随观察角度的变化而变化。
调整步骤如下:
1、将标准具置于汞灯照明之下用眼睛观察即能看到一组同心园的干涉图象,工厂在装配时已将两镜片保持平行,但还未达到严格平行需进一步调整。
2、观察者眼睛从标准具镜片中心向三个微调螺丝方向移动,此时干涉图象也发生移动,则说明标准具两个镜片还未严格平行需要进行调整,假如干涉图象是向外扩展,看到干涉条纹直径在扩大(或中心处条纹往外冒出),说明该微调螺丝压力太小,应增加压力即微调螺丝顺时针方向旋;若此时干涉图象向内收缩,则说明该微调螺丝压力太小应减小压力即微调螺丝逆时针退出,按此方法反复调整压力直至干涉图象不动为止,此时已严格平行即可进行实验(图四)。
图中显示眼睛移动方向与未调好的干涉图移动方向的关系,大箭头表示眼睛移动方向。
小箭头表示干涉圈移动方向,方向相同表示压力太小,方向相反表示太大。
图四
六、仪器的维护与保养
1、仪器应存放在干燥,透风的清洁房间内,不用时应加玻璃罩或布罩。
2、光学镜片不用时应存放在干燥皿内,干燥剂应定期更换防止标准具镜片生霉。
3、光学零件表面如有灰尘,油污须先用毛刷掸去灰尘,再用脱脂棉花球滴上无水酒精与乙醚混合液轻拭。
4、可调电源预热15分钟再工作以保持磁场稳定,加磁场时要逐渐升压或逐渐降压。
七、仪器成套性
1、电磁铁1台
2、磁铁座1台
3、笔型汞灯及灯架1套
4、透镜及镜座1套
5、偏振片及座1套
6、干涉滤光片及座1套
7、F-P标准具连调节座1套
8、成象物镜及镜座1套
9、测微装置1套
10、导轨及底脚1套
11、笔型汞灯专用电源1台
12、可调电源1台
13、说明书1份
14、1/4波片及座(选购)1套
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- HGWPZ 效应 说明书