实验二塞曼效应

其中（cm^-1）。

称为洛仑兹单位。用特斯拉（Tesler）单位，值恰为正常塞曼效应所分裂的裂距。

跃迁时的选择定则与偏振定则如下：

（1）选择定则

当时，→（不存在）

（2）偏振定则

	（横向）	（纵向）
	线编振光，成分	无光
	线偏振光，成分	右旋圆偏光（沿磁场方向观察）
	线偏振光，成分	左旋圆偏光（沿磁场方向观察）

说明：① K是光波传播方向，B是外磁场方向。

② π成分表示光波的电矢量E//B，σ成分表示E⊥B。

将上述二个定则应用于正常塞曼效应时，必须是上下两能级的自旋量子数，则，从（2.2）式可得

按选择定则

图2-2

从图2-2可以看出，当垂直于磁场方向〔（横向）〕观察时，原来波数为的一条谱线，将分裂成波数为、、的三条线偏振化的谱线。分裂的两条谱线的波数差，正为一个洛仑兹单位。按偏振定则波数为的谱线，电矢量的振动方向平行于磁场方向（为成分）；分裂的两条谱线的电矢量振动方向则垂直于磁场（为成分）。当沿着磁场方向〔（纵向）〕观察时，原波数为的谱线已不存在，只剩和两条左、右旋的圆偏振光。

将选择定则和偏振定则应用于反常塞曼效应时，由于上下能级的自旋量子数，则，将出现复杂的塞曼分裂。附注二算出汞绿光546.1nm的塞曼效应，可以看出1条谱线将分裂成9条（横向）和6条（纵向）的偏振化分谱线。

【实验装置】

汞放电管及其电源、电磁铁、法布里-珀罗标准具、透镜、长焦镜头照像机、滤光片、偏振片、1/4波片。

【实验内容】

塞曼效应所分裂的谱线与原线间的波长差是很小的，以正常塞曼效应为例（cm^-1，当特斯拉时，cm^-1。如换以波长差表示，设nm，nm。欲分辨如此小的波长差，要求分光仪器的分辨率为nm/0.06nm=8.3×10⁴≈10⁵。从表2-1可以看出：1. 一般单棱镜摄谱仪是不能胜任的，况且实际的分辨率比理论分辨论还要低。2. 采用大型光栅摄谱仪是可以分辨的，如2米平面光测，它的二级光谱分辨率可达到2.3×10⁵，线色散率为0.2nm/mm。对nm的2条谱线在底片上的间距为0.03mm，如果再加大值是可以分开的。3. 多光束干涉的分光仪器，如法布里-珀罗（Fabry-Perot）标准具的分辨率是很高的，采用它比较适宜。

表2-1

光谱仪种类	理论分辨率
单棱镜摄谱仪	10³～10⁴
光栅摄谱仪	10⁴～10⁵
多光束干涉光谱仪	10⁵～10⁷

一、法布里-珀罗标准具的原理及其分辨率

法布里-珀罗标准具是由两块表面光平的玻璃板，中间夹有一个间隔圈组成。玻璃板的内表面镀有反射率很高的薄膜，反射率>90%。间隔圈用膨胀系数很小的石英（或铟钢）加工成一定厚度，以保证两玻璃板的间距不变，再用三个螺丝调节玻璃板上的三点压力，来达到精确的平行。

图2-3

标准具的光路如图2-3所示。自扩展光源上任一点发出的光经过透镜后射入玻璃板，在镀膜的两个表面间进行多次反射和透射，分别形成一系列相互平行的反射光束和透射光束。在透射的诸光束中，相邻两光束的光程差，在空气中，此时一系列平行并有一定光程差的光束在无究远处（或聚焦透镜的焦平面上）发生干涉。当光程差为波长的整数倍时，产生干涉极大。