[发明专利]一种永磁式塞曼效应实验仪及其实验原理

说明书

技术领域：

本发明涉及一种永磁式塞曼效应实验仪及其实验原理，属于塞曼效应技术领域。

背景技术：

1896年，荷兰著名的实验物理学家塞曼(Zeeman)将光源置于强磁场中，研究磁场对谱线的影响，结果发现，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，这一现象称为塞曼效应。由于发现了这个效应，塞曼在1902年获得诺贝尔物理学奖。这是当时实验物理学家的重要成就之一，它使人们对物质的光谱、原子和分子的结构有了更多的了解。塞曼效应与斯特恩—盖拉赫实验及碱金属光谱中的双线一样，有力地证明了电子具有自旋，能级的分裂是由于电子轨道磁矩与自旋磁矩相互作用的结果。

目前现有的塞曼效应实验仪测量结果不准确，调节复杂，浪费时间，造价高，增加实验成本，且功能单一，实用性不强，目前也没有一个实验利用塞曼效应来证明文献1(张之翔.赛曼效应的偏振问题[J].物理.1978.7(6):339)的正确性，给学生的理解带来一定的困难。

发明内容：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种永磁式塞曼效应实验仪及其实验原理。

本发明的一种永磁式塞曼效应实验仪及其实验原理，它包含硒光电池、光点检流计、分光仪望远镜、偏振片、1/4波片、滤光片、永久磁铁、载物平台和标准具；硒光电池的一侧连接有光点检流计，硒光电池的上部连接有分光仪望远镜，分光仪望远镜的上部套接有偏振片和1/4波片，1/4波片设置在偏振片的上部，1/4波片的上部设置有载物平台，载物平台上吸合有永久磁铁、滤光片和标准具，永久磁铁、滤光片和标准具一体设置，滤光片设置在两个永久磁铁的下部。

作为优选，本发明的实验原理为：将光源置于外磁场中，则垂直于磁场方向进行的光，一条谱线分裂为三条，这三条均是线偏振光，中间一条的振动方向平行于磁场，叫π分量；旁边两条的振动方向垂直于磁场，叫δ分量，理论和实验表明，π分量的频率等于原谱线无磁场时的频率v₀,δ分量的频率为(v₀+Δv)和(v₀-Δv)；两个δ分量的光强度相等，π分量的光强度是每一个δ分量的两倍，而三者的光强度之和等于原谱线的光强度，这就是简单塞曼效应的横效应；沿着磁场方向行进的光，一条谱线分裂成为两条，这两条都是圆偏振光，它们的频率分别与横效应中的两个δ分量频率相同，高频(v₀+Δv)是一条左旋圆偏振光，低频(v₀-Δv)是一条右旋圆偏振光，它们强度相等，其和等于原谱线的强度，这就是简单的塞曼效应的纵效应；

对于沿着与磁场方向成θ角(0<θ<2π)行进的光，其谱线的偏振状态和光强度问题，文献[1]应用量子力学方法，详细推证了m减值的跃迁(m＝m′-1)；m增值的跃迁(m′+1)；m不变的跃迁(m＝m′)几种情况；

实验中，将偏振光片的振动面垂直放在磁场B与光线行进方向构成的平面内，转动偏振片，使其始终保持与该平面垂直，当磁场方向改变或观察方向(θ角)改变时，在任意位置θ上秀过偏振光片的总光强

Iθ=Iθ++Iθ-=12I0(1+cos2θ)---(1)]]>

在θ＝0位置，透过偏振片的总光强为