塞曼效应 塞曼效应”是指一条光谱线在外磁场作用下,能分裂成若干条具 有一定强度,彼此间具有一定间距的子谱线,并且子谱线的成分是偏振 的。这一现象是由荷兰物理学家P. Zeeman于1896年首次发现的,故称 作“塞曼效应 塞曼效应是继“法拉第效应”和“克尔效应”之后,第三个用来说 明电磁场对光产生作用的例证。塞曼也因此重大贡献,获得了1902年度 诺贝尔物理学奖。根据塞曼效应的实验结果,人们可以得到有关能级分 裂的数据,所以,至今塞曼效应仍是研究物质能级结构的重要方法之 本实验是研究Hg5461A光谱线在磁场作用下的分裂情况:在垂直磁 场和平行磁场两个不同方向上观察和记录各子谱线的相对强度、相对裂 距和偏振态;并把上述结果与理论计算结果进行比较分析;找出产生偏 差的原因。这对学习原子物理和物理光学基础知识很有益处。实验中最 重要的一个仪器是高分辨气动扫描式F-P干涉仪,这是一个精密的分光 仪器,它使我们不仅能得到清晰的子谱线频谱图,还可观察到H5461A 超精细结构。学会F-P干涉仪的科学调节方法、其它光学元器件的正确 使用及它们间的相互配合是本实验的又一重要内容。 本实验是一个综合性比较强的实验,可帮助学生提高综合利用已学 过的知识分析实验的能力。 4,71 2.78 0^2nU 13 8.33 汞5461A光谱线塞曼分裂结果(垂直磁场方向) 学生正热
X射线标识谱与吸收 原子中的电子从外壳层向内壳层跃迁所产生 的电磁辐射称为标识X射线。原子的X射线标识谱 反映了原子的内层能级结构。标识X射线频率 一的与原子序数间存在关系 K(Z-0) (1) /称莫塞莱定律其中K和σ是常数。根据标识X射线 最外电子的频率可以很容易推出原子的种类。所以X射线 ○表示原子横·表示一个电于 标识谱对成分分析有重要价值 图1X射线标识谱的产生 X射线荧光相干散射X射线 图2给出了X射线与物质相互作用的 非相干散射X射线 各种效应。强度为I的射线在穿过厚度 (康普顿散射) 为x的物质后强度衰减为 入射X射线 I=lo exp(-ux)(2) 透射X射线 吸收体 其中μ为线吸收系数,与物质性质 亠康普顿反冲电子 有关。医学和工业探伤检查中常用的 CT就是以(2)式为基础的。 俄歇电子 光电子 图2射线与物质的相互作用 德国莱宝X射线装置实验设备用于非物理类学生的基础物理实验教学 是全功能、用微处理器控制的装置,可进行X射线物理学中的多种实验 技术数据 管电压,管电流和测角器的微处理器控制 高压0-3. 0-1.0mA
穆斯堡尔效应 一个自由核发射或吸收光子时会有反冲能量E。如图 1,由于射线的自然线宽远小于反冲能量,自由核的y射 线的共振吸收实际上不能被观测到。如果将核嵌在固体 中,Y射线的发射或吸收就可能是无反冲的,有一定的 概率观察到共振吸收,这一现象被称为穆斯堡尔效应。 图1静止自由核的发射与吸收谱线 图2α-Fe核能级结构和穆斯堡尔谱 核外电子的分布不同会引起核能级的微小差异,称为超精细结构。由于γ射线的线 宽比超精细结构能还要小,特别适合于研究超精细结构,如图2。从实验的观点看这要求 γ射线能量能在一定范围变化和探测器有极高的能量分辨本领。前者可利用多普勒效应 实现,后者则需要用多道分析器的多度定标模式来完成。 用β粒子验证相对论的动能一动量关系 如图1,在速度接近光速时,相对论与经典理论给出的动能 论动能-动量关系 动量关系极不相同。 动能-动量关系 带电q的粒子在均匀磁场B中的偏转半径R与粒子动量P间有 关系: P=gBR 闪烁体的荧光强度与粒子损失在其内的能量E间有关系 图1B粒子的动能动量关系cE 2 由(1)、(2)两式可以分别独立测 量β粒子的动量和动能,与图1对比 即可检验经典理论与相对论中谁与实 均匀磁场 验相符。通过实验可以学习磁谱仪 Na闪烁体探测器和多道外析等 β源 用的核探测手段和技术
He-Ne气体 激光器放电条件的研究 学习He-Ne气体激光器的制作,了解最常见的气体激光器的结构。 熟悉和掌握高真空的获得、测量和充气技术。 通过改变总压强P,H和Ne气的分压比,放电电流大小等放电条件对He- Ne气体激光器输出光功率的影响,进一步深入了解He-Ne气体激光器的工作原 理和掌握它的使用 D 高压强电离真空计的校准 学习用机械泵和扩散泵获取高真空和对真空度进行测量。了解电离真空 计的工作原理和高压强电离真空规提高压强测量上限的机制。(本实验中校准 的高压强电离真空规由我系郭元恒教授研制,1983年获得全国发明奖三等奖 掌握高压强电离真空计的校准办法。 对电子学有兴趣的同学可进一步对电离真空计的电源部分作深入研究: (1)电离真空规工作时要求灯丝的发射电流恒定,由于待测压强的变化将 影响灯丝的温度,同学们可学习由电路设计上克服上述困难的方法。 (2)测量离子流大小的弱电流放大器必需接地,规管设计中要求灯丝与离 子流收集极之间有一定的偏压,导致灯丝电源部分对地是悬浮的,电路设 中如何克服工频50H的干扰
激光实验 非线性晶体中的二倍频与和频 此实验将我们从线性光学引入到一个新的领域一一非线性光学 这是一个发展迅速,内容丰富的崭新分支。非线性光学的产生与 研究,不仅加深了我们对光与物质相互作用本质的认识,同时也有极 重要的实用价值。如通过二倍频、三倍频、和频、差频、参量振荡等 技术手段可获得新的光波,从而填补某些波长的空白,新光源又推动 了激光的可应用范围。 本实验就是用YAG固体激光器产生的1.06m红外激光,通过 KDP(磷酸二氘钾)晶体进行倍频,产生0.53m的绿色激光,然后 再将这两种激光经过三倍频晶体进行和频,产生0.35Am紫外激光 从而实现从红外→可见→紫外的一系列光频率变换。最后用单色仪对 各波长进行鉴定,用功率计对其强度进行测量,找到最佳相位匹配的 昌体位置和计算出它的转换效 率。从中学习二倍频、和频的产 生原理及转换器件的调节;认识 相位匹配在非线性光学中的重要 作用,分析影响倍频转换效率的 主要原因;学习在非线性实验中 新出现的光学仪器和相关元器件 的正确使用 实验装置
利用复合光栅 实现光学微分处理 傅立叶光学是现代光学的重要分支,在图像识别技术中,突出图像 的边缘是一种重要的识别方法。人的视觉对于图像的边缘轮廓比较敏 感,因此对于一张比较模糊的图像,由于突出了其边缘轮廓而变得易于 辨认。为了突出图像的边缘轮廓,主要采用用空间滤波的方法,去掉图 像中的低频分而突出图像的高频成分,从而使轮廓突出。 本实验利用光学相关方法作空间的微分处理从而描出图像的边缘 具体的做法是用复合光栅作为空间滤波器实现图像的微分处理。通过实 傅立叶验,学习1)用马赫—曾得干涉仪制作一维复合光栅;2)了解相干光学 处理中的奸F系统及空间滤波器对于图像的频谱变换从而达到边缘增强的作用。 钠原子光谱 对元素的光谱进行研究是了解原子结构的重要途径之一。通过对原子光谱的研究使我们 了解原子内部电子的运动并导致电子自旋的发现和元素周期表的解释。 通过对氢原子光谱的研究,人们认识到电子围绕原子核运动时只能处于一系列能量不连 续的状态,获得了关于氢原子结构的知识。对于多电子原子,除了原子核和电子的相互作用 外,还存在着电子之间的相互作用,电子的自旋运动和轨道运动的相互作用也更为显著。本 实验以钠原子光谱为例,通过对钠原子光谱的观察、分析,加深对碱 金属原子中外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用 的了解,在对光谱线系进行分析和波长测量的基础上,计算钠原子中 价电子在不同轨道运动时的量子缺,绘制钠原子的部分能级图,并根 据双重线不同成分的波长差,计算价电子在某些轨道运动时原子实的 有效电荷 钠双黄线 玻尔
晶体的电光效应及其应用 晶体半波电压、电光系数的测量及 用相位补偿法测量双折射样品的微小相位差 当晶体受到电场作用后,在晶体中传 播的光折射率会发生改变的现象,称作 “电光效应” 电光效应在科学研究和工程技术中, 有许多重要应用。如可以制作光相位调制 器、光开关、光滤波器、光衰诚器。激光 出现以后,电光晶体被广泛应用在激光通 讯,激光测距,激光显示,光学数据处理 学生在做实验 等方面。电光效应的测量现成为研究电光晶体,液晶,功能有机分子和聚合 物的重要手段之 本实验主要研究KDP(磷酸二氘钾)晶体的一次电光效应。 实验中采用了三种不同的测量方法 (1)直流高电压作用下,取光强极小值(粗略、简便); (2)直流电压调制下,测I-V曲线,取光强极大值(粗略、形象); 3)交流电压调制下,加直流偏置,实现倍频法(精确); 分别测出KDP晶体的半波电压Vr和电光系数)a,然后将电光晶体作为 相位补偿器,测出待测样品:如云母片,玻璃等双折射材料的微小相位差。 通过本实验的学习,可进一步理解晶体光学、物理光学中相关基础知 识;学会用锥光干涉图调整晶体的光轴;学会电光晶体半波电压多种测量方 法;学会搜寻测量中的修正值及分析其产生原因;学会测量不同样品位相差 的方法。 本实验既具有基础理论性又有重要的实用性
单光予计数 单光子计数是测量极微弱光的一种很有效的方法。它 利用弱光照射下光电倍增管输出电流信号自然离散化的特」 征,采用了脉冲高度甄别技术和数字计数技术。可以把淹 没在背景噪声中的弱光信息提取出来。 本实验的目的是介绍这种弱光检测技术。了解光子计 数方法的基本原理,基本实验技术和弱光检测中的一些主要问题。 法拉第效应 束线偏振光沿外加磁场方向或磁化强度方向通过介质时偏振面发生旋 转的现象称为法拉第效应。这是法拉第在1845年发现的。它是磁光效应的 种。法拉第效应与某些物质所固有的旋光效应的重要区别是法拉第旋转的方 向与磁场方向有关,与光传播方向无关。基于这一特点制成的光学隔离器或 单通器在现代激光和光通讯技术上得到广泛应用。 本实验的目的是:首先了解什么是法拉第效应和它 的经典理论解释,掌握测量法拉第效应的一种基本方法 并测量两种不同类型材料的法拉第旋转角,了解用法拉 第效应制成的光学隔离器的基本原理 拉曼散射 印度物理学家拉曼于1928年研究 苯的光散射时发现,在散射光中除了有 与入射光频率相同的谱线外,还有与入 射光频率发生位移(频率增加和减少) 且强度极弱的谱线,后者称为拉曼效 应。拉曼散射是研究物质结构的重要方法之一(包括分子转动,分子振动, 晶格振动,及各类激发元参与的非弹性散射)。在化学,物理学生物学 材料科学等领域得到广泛的应用 本实验通过典型分子C4的振动喇曼光谱测量,取得对喇曼散射基本原 理和基本实验技术的初步广解特别强调的是通过对04的退偏康的测 量,了解它和分子结构与分子振动对称性的联系
光学双稳实验 这是一个比较新颖的实验。 在一个非线性系统中,当一束光,强度从I1→I2→I1(I:I2)双向连续 变化过程中,对应其中同一强度的入射光,得到两个不同强度的出射光,这 现象叫“光学双稳 光学双稳的研究不仅有深入的理论意义,而且双稳器件在实现全光逻辑 运算和光通讯方面有着重要的应用前景。自1975年首次观察到此现象以来 一直受到科学工作者的高度重视,研究工作得到迅速发展。 本实验是学习纯光学型光学双稳。采用FP腔内充有一定浓度的染料介 质,利用染料的色散和吸收,其折射率随光强非线性改变,腔对光有反馈作 用,腔的透过率也随光强非线性变化,从而形成输出光强的突变,导致光学 双稳现象 实验目的:了解光学双稳产生的基本原理;掌握实现双稳的方法;观察 双稳现象;并用微机记录下来。从中可学习:光学调制器的构成和调节;利 用锥光干涉图调光轴;F-P腔的组装和它平行度的调节;利用等倾干涉图调 聚焦透镜;对结果的鉴定、分析和改进。是一个操作性比较强的定性实验。 阶双稳 二阶双稳 阶双稳 染料介质的多阶纯光学双稳图 学生正在做实验 兴烦
真空镀膜 本实验的目的是了解真空系统的构成、真空的获得和真空度的测量,并 通过真空镀膜的实际操作学习真空系统的一种简单的应用。实验设备是一台多 功能薄膜制备系统,主要包括装有蒸镀源和样品台的玻璃罩真空室,抽气用的 呙轮分子泵和机械泵,测量真空用的热偶真空计和冷阴极电离真空计。系统的 真空度可达103Pa,可由蒸镀源的不同配置分别实现热蒸发和离子溅射的两种 方法镀膜。另外,还配置有6JA型干涉显微镜用于薄膜厚度的测量。 混合物理化学气相沉积法(HPcD)制备MgB2薄膜 MgB薄膜制备中 制备设备全景