二、实验仪器

二、实验仪器

塞曼效应实验仪器主要是由笔形汞灯及电源、磁场、窄带干涉滤光片、扩束透镜、线偏振片、空气隙F⁃P标准具、CMOS工业相机及特斯拉计等组成，如图3.86所示。

图3.86　微机塞曼效应结构示意图

塞曼效应实验仪器各个部分说明如下：

①笔形汞灯：该灯属于冷阴极低压水银放电灯，发光区长度为50 mm，功率3 W，工作电流10 mA；电源：输入AC 220 V 0.5 A。该灯具有汞的特征谱线：254 nm（强紫外）、365 nm（紫外）、405 nm（紫色）、436 nm（蓝色）、546 nm（绿色）、577 nm和579 nm（黄色），其中，254 nm的强度最强，这套仪器中选择的是546 nm作为待观察谱线。

②磁场：由永磁铁提供，充磁面积大，中心磁场处磁感应强度最大最均匀：大小为1.05T左右、不均匀性小于2%，边缘处强度逐渐降低。可以通过改变笔形汞灯与永磁铁的相对位置来改变光源处所受磁场的大小，从而观察不同磁感应强度下谱线的分裂情况。

③窄带干涉滤光片：窄带干涉滤光片是一种带通滤波器，它利用多层介质膜的干涉作用，滤掉汞灯的其他谱线，留下实验需要的Hg 546.1谱线。仪器中选用的窄带干涉滤光片的中心波长为546 nm；透光率T＞75%＠546 nm；半高全宽为13～17 nm；截止带320～1 100 nm。(https://www.daowen.com)

④扩束透镜：透镜的作用是将光源发出的光的发散角进行扩充，使到达后面的标准具的光具有各个发散角，从而使整个成像视场均很明亮。材料选择的是K9光学玻璃；焦距f＝159.8 mm。

⑤线偏振片：从原理部分可以看到，Hg 546.1分裂的9条谱线的偏振方向不同，为了区分出这两组偏振方向，这里需要用到线偏振片作为检偏器使用。偏振片是用人工方法制成的二向色性多晶体薄膜。有机晶体（如碘化硫酸奎宁）具有强烈的二向色性，把它们沉淀在聚氯乙烯膜或其他塑料膜中，当这膜经过一定方向拉伸后，二向色性多晶体便会按拉伸的方向排列整齐，能在薄膜的垂直方向上表现出和单晶一样的二向色性——吸收o光而通过e光。把这薄膜夹在两片透明的玻璃片之间，便成为偏振片。仪器中使用的偏振片的拉伸方向为“0”刻度的方向。沿有机晶体拉伸方向的光振动不能通过偏振片，垂直于拉伸方向的光振动就能通过偏振片。

⑥空气隙F⁃P标准具：隔圈厚度d见标贴；中心波长λ0＝546.1 nm；镀膜面反射率R＝95%。

⑦CMOS工业相机：由变焦镜头及CMOS图像传感器两部分组成。变焦镜头在一定的范围内可以改变焦距，从而得到不同宽窄的视场角。仪器中使用的变焦镜头由三部分组成：变焦环、光圈和对焦环，如图3.87所示。通过左右旋转镜头的变焦环来调节图像的大小，“←T”表示长焦，对应的视场变窄；“W→”表示短焦，对应的视场变宽，变换好焦距后用锁紧螺钉将其位置固定。光圈的主要作用是调节通光量的大小，“←CLOSE”表示没有光通过，最暗；“OPEN→”表示打开光圈。左右旋转镜头的对焦环来聚焦，对焦环跟变焦环往往一同调节。CMOS图像传感器行像素为1 600，列像素为1 200，像元尺寸为3.2μm×3.2μm。滑块座上的螺钉可调节工业相机的俯仰。

图3.87　变焦镜头结构示意图

⑧特斯拉计（选配）。量程：0～2T，分辨率：0.001 T（10 Gs），可手动调零，测量精确度优于±2%。