- •Лабораторная работа № 16 Эффект Зеемана
- •Теоретическая часть Эффект Зеемана
- •Нормальный эффект Зеемана
- •Аномальный эффект Зеемана
- •Экспериментальная часть Экспериментальная установка
- •Внимание! Установка отъюстирована. Не допускается никаких манипуляций, кроме описанных в разделе «Методика выполнения работы». Интерферометр Фабри-Перо
- •Расчетные формулы
- •Методика выполнения работы Упражнение 1. Продольный и поперечный эффект Зеемана
- •Упражнение 2. Нормальный эффект Зеемана
- •Внимание! Во избежание перегревания магнита не рекомендуется пропускать через него токи выше 8 а в течение долгого периода времени.
- •Упражнение 3. Аномальный эффект Зеемана
- •Контрольные вопросы
- •Расчетное задание
- •Литература
- •Приложение 1. Магнитный момент атома
- •Приложение 2. Вывод формулы для радиуса интерференционных колец в интерферометре Фабри-Перо
Внимание! Установка отъюстирована. Не допускается никаких манипуляций, кроме описанных в разделе «Методика выполнения работы». Интерферометр Фабри-Перо
Интерферометр Фабри-Перо представляет собой многолучевой интерференционный спектральный прибор, обладающий чрезвычайно высокой разрешающей способностью (она достигает 300 000400 000). Это обусловлено многолучевой интерференцией, которая позволяет наблюдать узкие высокоинтенсивные интерференционные полосы. Интерферометр Фабри-Перо широко применяется при исследованиях в УФ-, видимой и ИК-областях спектра, в частности, для изучения таких сложных для наблюдения эффектов как тонкая и сверхтонкая структура спектральных линий.
Интерферометр Фабри-Перо представляет собой плоскопараллельный слой из оптически однородного материала, ограниченный отражающими плоскостями (см. Рис.5). Обращенные друг к другу поверхности изготавливаются таким образом, что отступления от плоскостности каждой из них и параллельности друг другу не превышают 0,01 от длины волны. Плоская волна, падающая на интерферометр Фабри-Перо, в результате многократных отражений от ограничивающих плоскостей и частичного выхода после каждого отражения разбивается на большое количество отличающихся по фазе плоских когерентных волн, амплитуда которых убывает по закону геометрической прогрессии.
Рис. 5 – Отражённые, преломленные и проходящие лучи в эталоне Фабри-Перо.
Выходящие из эталона параллельные лучи фокусируются линзой с фокусным расстоянием . В результате интерференции в фокальной плоскости линзы образуется пространственная интерференционная картина в виде колец равного наклона (см. Рис. 6). Радиус колец однозначно связан с длиной волны выражением, вывод которого приводится в Приложении 2:
. (9)
где n– показатель преломления среды между ограничивающими поверхностями, θ – угол между лучом и оптической осью, d– расстояние между параллельными отражающими поверхностями эталона (см. Рис. 5),– целое число (порядок интерференции). Линейное расстояние между максимумами соседних колец и ширина этих колец уменьшаются с увеличением радиуса, т.е. с увеличениеминтерференционные кольца становятсяуже и сгущаются. Разность квадратов радиусов соседних интерференционных колец
(10)
линейно связана с длиной волны, и потому данное соотношение используется для определения длин волн и их разностей.
Рис. 6 – Фокусировка лучей, исходящих из интерферометра Фабри-Перо.
Расчетные формулы
В случае простого эффекта Зеемана линия расщепляется на 3 компоненты с длинами волн ,и. Длины волн крайних σ-компонентисогласно выражению (7) с учетомсвязаны соотношением:
, (11)
Выразим эту величину через радиусы интерференционных колец. Разделив друг на друга выражения (9) и (10) для компонент иполучаем соответственно:
; .
Тогда, при ,
, (12)
Обратим внимание, что значение величины δ не зависит от единиц измерения радиусов колец. Построив зависимость этой величины от магнитного поля, в соответствии с формулой (11) можно по угловому коэффициенту полученной прямой рассчитать магнетон Бора.