2013/5/18南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）
E?E0??E?E0?Mgeh4?m B （14）
式中E0为未加磁场时的能量，M为磁量子数，B为外加磁场的磁感应强度，
e为电子电量，m为电子质量，h为普朗克常数，g为朗德因子。
朗德因子的值与原子能级的总角动量J，自旋量子数S和轨道量子数L有关，在L?S耦合情况下
g?1?J(J?1)?S(S?1)?L(L?1)2J(J?1) （15）
由于J一定时，M?J,J?1,?,?J，所以由式（14）和（15）可知，原子在外磁场中，每个能级都分裂为2J?1个子能级。相邻子能级的间隔为
geh4?mB?g?BB
玻尔磁子?B?9.2741?10?24J?T。
设频率为?的光谱线是由原子的上能级E2跃迁到下能级E1所产生，由此，谱线的频率同能级有如下关系： h??E2?E1
在外磁场作用下，上下两能级各获得附加能量?E2，?E1，因此，每个能级各分裂(2J2?1)个和2(J1?1)个子能级。这样上下两个子能级之间的跃迁，将发出频率为??的谱线，并有
h???(E2??E2)?(E1??E1)?h??(M2g2?M1g1)?BB
分裂后的谱线与原谱线的频率差为：
????????(M2g2?M1g1)e4?me4?mc B （16）
换以波数表示
~??~???~?(Mg?Mg) ??2211B?(M2g2?M1g1)L
式中
e4?mcB称为洛仑兹单位，以L表示。
跃迁时M的选择定则与谱线的偏振情况如下：
选择定则：?M?0（当?J?0时，?M被禁止），?M??1。
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当?M?0时，产生的偏振光为?成份。垂至于磁场观察时（横效应），线偏振光的振动方向平行于磁场。平行于磁场观察时，?成份不出现。
当?M??1时，产生的偏振光为?成份。垂至于磁场观察时，产生线偏振光，其振动方向垂至于磁场。平行于磁场观察时（纵效应），产生圆偏振光。?M?1，偏振转向是沿磁场方向前进的螺旋方向，磁场指向观察者时，为左旋圆偏振光； ?M??1时，偏振方向是沿磁场指向观察者时，为右旋圆偏振光。如图5所示。
光源πζ横效应ζζ+纵效应图塞曼效应实验的观察 光谱线的间线（上下能级自旋量子数S?0，即单重态间的跃迁）在磁场作
~的一条谱线分裂成波数为?~???~，?~，?~???~的三条谱线，用下，把原波数为?中间的一条为?成份，分裂的两条为?成份，谱线间隔为一个洛仑兹单位。对于
双重态以上的
谱线将分裂成更多条的谱线。前者称为正常塞曼效应，后者称为反常塞曼效应。
λθ图标准具光路 塞曼分裂的波长差是很小的，因此需要高分辨率的分光仪器，实验中一般采用法布里－珀罗标准具（即F-P标准具）来分光，它的理论分辨率可以达到
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105~107。
法布里－珀罗标准具是由两块平面玻璃板中间夹有一个间隔圈组成的。玻璃板的内表面镀有高反射膜。间隔圈用膨胀系数很小的材料加工成一定的厚度（我们采用的是2mm的间隔圈），以保证两玻璃板的距离不变，在用三个调节螺丝调节玻璃上的压力来达到精确平行，光路如图6所示。
法布里－珀罗标准具是多光束干涉装置，一束光以?角射入标准具后，这束光可以在标准具的两玻璃板内表面之间进行多次反射和透射，透射平行光束经透镜L会聚在它的焦平面上产生干涉，设两玻璃板内平面间距为d，在空气中折射率近似为n?1，入射角为?，则相邻两光束的光程差??2dcos?，形成亮条纹的条件为
2dcos??k? （17）
式中k为正整数，表示干涉条纹级次。由式（17）可以看出，满足同一角?的光线，在屏上显示的干涉条纹为一圆环，属于等倾干涉。设中心亮环的干涉级次为
k，则向外依次为k?1，k?2，?形成一系列向外的同心圆环。当入射光波长
发生微小的变化，则产生各级干涉亮环套在各相应级的亮环内外。
对同一级次有微小波长差的不同波长?a，?b，?c而言，如图7所示可以证明，在相邻干涉级次k级和(k?1)级下有：
~??~??~?1Db?Da?1?Dba ??ba2dDk?12?Dk22d?D21Dc?Db22222ab~??~??~???cbcb2dDk?12?Dk2?1?Dcb2d?D22
其中d为标准具常数。
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DK-2Dc图干涉圆环直径测量示意图 6.2法布里—珀罗标准具镜片平行度的调整方法
法布里—珀罗标准具的两块镜片是用三个固定间隔块相隔，在一片镜片的背后有三只弹簧压紧螺丝，用以微调两片平面镜的平行度，顺时针方向转动螺丝时，将在这一方向上缩小两镜片之间的距离。
因为两镜面之间的平行度要求是很高的，因此实验时应该仔细调整，方法如下： 用单色光照明标准具，可以观察到一组同心干涉圆环。当眼睛向上移动时，如果看到干涉圆环从中心“冒出来”，或者中心处的圆环向外扩大，这表明两镜面在上方的间距偏大（参看下图，在A,B处的入射光与AB面的法线方向的夹角相同），应顺时针方向转动上方的弹簧压紧螺丝，缩小上方的间距；反之，则应逆时针方向转动上方的弹簧压紧螺丝，依次在三个弹簧压紧螺丝的方向上，按照上述方法反复调整，直到干涉圆环不随眼睛的移动而变化。
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我们也可以根据观察干涉条纹的清晰度来判断法布里—珀罗标准具的平行度。在图4中，两镜面在A处的间距小于B处，所以从AA?方向入射的单色光经法布里—珀罗标准具后的透射光为一组发散光，经透镜会聚后成像于A??，从BB?方向入射的单色光，其透射光则为一组会聚光，经透镜会聚于B??，这样，整个干涉干涉条纹成像于P?平面上，用与光轴垂直的观察屏观察时，不能同时看清楚全部干涉条纹。观察屏前后移动时，才能依次看清各个干涉条纹，由此可以判断应调节哪一个弹簧压紧螺丝。
图4. 调整法布里-珀洛标准具时的光路图6.3实验装置
6.3.1
6.3.2主机正面板
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