体效应实验报告

沈阳工业大学

创新性实验报告 实验课题: 磁光效应 专业班级： xxxxxx 姓名: xxx

学号: xxxxxx

指导教师: 赵骞 磁光效应实验

【实验目的】

1、了解法拉第效应产生的原因。

2、会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数。 3、学会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常

数能。 【实验仪器】

半导体激光器、起偏器、电磁铁（螺线管）、检偏器、直流稳压电源、多量程电流表、光

电功率计 【实验原理】

概述：1845年，法拉第（m.faraday）在探索电磁现象和光学现象之间的联系时，发现

了一种现象：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中，沿光的传播方向上加上一个磁

场，就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度，即磁场使介质具有了旋光性，这种现象

后来就称为法拉第效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了对光本

性的研究。之后费尔德（verdet）对许多介质的磁致旋光进行了研究， 发现了法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。 法拉第效应有许多重要的应用，尤其在激光技术发展后，其应用价值越来越受到重视。 ，，

从而减少光纤中器件表面反射是应用法拉第效应中偏振面的旋转只取决于磁场的方向，而 与

光的传播方向无关，这样使光沿规定的方向通过同时阻挡反方向传播的光光对光源的干扰；

磁光隔离器也被广泛应用于激光多级放大和高分辨率的激光光谱，激光选模等技术中。在磁

场测量方面，利用法拉第效应驰豫时间短的特点制成的磁光效应磁强计可以测量脉冲强磁场、

交变强磁场。在电流测量方面，利用电流的磁效应和光纤材料的法拉第效应，可以测量几千

安培的大电流和几兆伏的高压电流。 法拉

第效应

实验表明，在磁场不是非常强时，如图1所示，偏振面旋转的角度?与光波在介质中走过

的路程d及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量b成正比，即： ??vbd 比

例系数v由物质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性，这个系数称为费尔德（verdet）

常数。 费尔德常数v与磁光材料的性质有关，对于顺磁、弱磁和抗磁性材料（如重火石玻璃

等），v为常数，即?与磁场强度b有线性关系；而对铁磁性或亚铁磁性材料（如yig等立方

晶体材料），?与b不是简单的线性关系。 图1 法拉第磁致旋光效应 不同的物质，偏振面旋转的方向也可能不同。习惯上规定，以顺着磁场观察偏振面旋转

绕向与磁场方向，满足右手螺旋关系的称为“右旋”介质，其费尔德常数v?0；反向旋转的

称为“左旋”介质，费尔德常数v?0。 对于每一种给定的物质，法拉第旋转方向仅由磁场方向决定，而与光的传播方向无关（不

管传播方向与磁场同向或者反向），这是法拉第磁光效应与某些物质的固有旋光效应的重要区

别。固有旋光效应的旋光方向与光的传播方向有关，即随着顺光线和逆光线的方向观察，线

偏振光的偏振面的旋转方向是相反的，因此当光线往返两次穿过固有旋光物质时，线偏振光

的偏振面没有旋转。而法拉第效应则不然，在磁场方向不变的情况下，光线往返穿过磁致旋

光物质时，法拉第旋转角将加倍。利用这一特性，可以使光线在介质中往返数次，从而使旋

转角度加大。这一性质使得磁光晶体在激光技术、光纤通信技术中获得重要应用。 与固有旋光效应类似，法拉第效应也有旋光色散，即费尔德常数随波长而变，一束白色

的线偏振光穿过磁致旋光介质，则紫光的偏振面要比红光的偏振面转过的角度大，这就是旋

光色散。实验表明，磁致旋光物质的费尔德常数v随波长?的增加而减小，如图2所示，旋光

色散曲线又称为法拉第旋转谱。 图 2 磁致旋光色散曲线 从光波在介质中传播的图象看，法拉第效应可以做如下理解：一束平行于磁场方向传播

的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁

场方向而言的。 图3 法拉第效应的唯象解释 通过测量偏振面偏转角度与电流的关系，由δθ=kdi知，只要测出流过螺线管的电流和

偏振面偏转的

角度就可以求出常数ｋ。

【实验过程】

正交消光法测量法拉第效应实验

1）将半导体激光器、起偏器、电磁铁（螺线管）、检偏器、光电接收器依次放置在光学

导轨上； 2）将半导体激光器与电源相连，将光电接收器与光功率计的“输入”端相连；

3）将恒流电源与电磁铁（螺线管）、多量程电流表相连；

4）调节激光器，使激光依次穿过起偏器、磁铁中心、检偏器，并能够被光电接收器接收；

5）由于半导体激光器为部分偏振光，可调节起偏器来调节输入光强的大小；调节检偏器，

使其与起偏器偏振方向正交，这时检测到的光信号为最小，读取此时检偏器的角度?1；

6）打开恒流电源，加上恒定磁场，可看到光功率计读数增大，转动检偏器，使光功率计

读数为最小，读取此时检偏器的角度?2，得到样品在该磁场下的偏转角???2??1；

7）通过改变励磁电流而改变中心磁场的场强，测量不同电流下（即不同场强下）的偏转

角，以研究材料的磁光特性。

8）利用最小二乘法求出常数k,得偏转角度θ与励磁电流i的关系θ=kdi。

【实验数据记录】

【实验数据处理】

δθ=kdi ；其中， y:δθ，y:δθ， 则上式可变为y=ax。（a=kd ）. 根据实验过程中测得的数据，画出偏振面偏转得角度θ与通过螺线管得电流i的关系曲

线（直线）如下： 利用最小二乘法对数据进行拟合，如下： x= y= == ∴ a= =

可得常数

==2.14 =5.12 = x)( y)==2.38 =0.119

=11.724 2.14)(

5.12)=28.0692

k==

∴ θ=0.119di.

【实验结论】

偏振面偏转得角度θ与通过螺线管得电流i的关系符合： θ=0.119di. （其中d为螺线管长度）篇二：牛鞭效应实验报告 牛鞭效应实验报告

一、 实验内容

在由多级节点组成的库存系统中，如果各节点以分散独立决策的方式进行运作，即每个

节点决策的目标是使各自局部的利益达到最优，此时系统整体并不一定处在最优的运作状态。 供应链在这样的运作环境下，常会出现如下现象：当需求从终端向上游逐步传递时，需

求的波动将逐级放大，如图1所示。设想有一条由四个节点组成的供应链，从下游到上游依

次为零部件供应商，生产商，批发商，零售商。销售商面临的终端市场需求只有少许波动，

批发商的需求是来自销售商的补货请求，需求的波动比终端市场需求的波动有了放大，生产

商的需求是来自批发商的补货请求，需求的波动又有了放大，零部件供应商的需求是来自生

产商的补货请求，需求的波动进一步放大。这种需求波动放大的现象如同一根甩起的长鞭，

将处于下游的节点比作根部、上游的节点比作梢部，一旦根部抖动，传递到末梢端就会出现

很大的波动，因此被形象地称为长鞭效应。 需求

时间 需求

时间 需求

时间 需求 需求

二、 实验原理

长鞭效应产生的原因主要有以下几方面： 1) 需求预测的数据更新 2) 批量补货 3) 价

格波动

三、 实验目的

无信息共享的多级库存管理实验（牛鞭效应实验）是为辅助物流概论课程的教学而设计

的一个验证型实验。学生通过网络平台模拟供应链上各节点操作决策的环境，通过亲身实践

加深对牛鞭效应现象的理解，辅助分析产生该现象的原因。培养学生发现问题和分析问题解

决问题的能力，为今后关于库存管理课程的学习奠定基础。 学生在实验过程中，应着重： a) 理解库存管理的基本概念和知识，如提前期，库存水平，各种成本的概念； b) 体验

牛鞭效应现象的产生，并分析其产生原因； c) 分析如何减小牛鞭效应。

四、 牛鞭效应产生的原因

(1) 供应链的不确定性 需求不确定性的客观性，需求的不确定性、制造的不确定性和供应的不确定。供应的不

确定性主要是以提前期的不确定性来体现的。提前期与供应商的生产能力密切相关，制造的

不确定导致供应的不确定，另外地理位置、运送方式等也会影响提前期。

(2) 订货批量的影响

在供应链中，每个企业都会向其上游订货，一般情况下，销售商并不会来一个订单就向

上级供应商订货一次，而是在考虑库存和运输费用的基础上，在一个周期或者汇总到一定数

量后再向供应商订货；为了减少订货频率，降低成本和规避断货风险，销售商往往会按照最

佳经济规模加量订货。同时频繁的订货也会增加供应商的工作量和成本，供应商也往往要求

销售商在一定数量或一定周期订货，此时销售商为了尽早得到货物或全额得到货物，或者为

备不时之需，往往会人为提高订货量

(3) 信息不对称

上游企业难以准确预测到最终消费者的需求，只是根据下游订货量决定自己的订货量，

这便可能会产生由于预测不准确或者突发状况而引起的缺货或者过多持有存货。

(4) 需求预测的主观性 上游企业总是将下游需求信息作为自己需求预测的依据，并据此安排生产或供应计划。

结果预期的订货量将比需求变化更大，错误的预测方式使订货量发生巨大的变化，订货量与

实际销售量有较大的出入。

(5) 提前期的影响

提前期的可靠性与长度直接影响信息的扭曲程度。

五、 实验分析

本报告主要分析第四节点上决策的制定以及数据产生的原因。

(一) 因素分析

第四节点在实验过程中需要做出两个决策，一方面是根据下游订货量向上游订货，另一

方面是向下游发货。影响决策的参数如表。第四节点的目标是使该节点利润最大化。 参数属性 现有库存。现有库存的多少直接决定了订货量的多少，因为库存直接影响了缺货成本以

及存货持有成本。

提前期。提前期即是从发出订单到收到订单的时间，在本次试验中假设提前期为一个周

期，即本期订货，下期到货。提前期的存在就需要企业合理确定再订货水平，避免出现缺货。

(2) 发货需要考虑的因素 在这个试验中，发货需要考虑的因素很少，由于缺货成本和存货持有成本的存在，只要

下游企业有需求就会尽量满足。

(3) 影响利润的因素

进货成本。进货成本占据了成本中的很大一部分，与单位进货价格成正比。 出货收益。这是主要的利润来源，但是在这次试验中，单位售价是固定的，所以我们就

不在此讨论了。

存货持有成本。当期没有销售出的货物会形成存货积压在仓库中，存货的出现便会产生

存货持有成本。存货持有成本的存在会造成利润的减少。 缺货成本。当期的下游需求如果不被满足就形成了缺货，缺货会从很多方面影响企业的

利润，在这里假设是存货持有成本的五倍。

(二) 波形分析 (1) 需求量 q3?100.45

var(q3)?2899.233 q3:节点3需求量 q3：节点3平均需求量 var(q3)：节点3需求量的方差 q4?102.67 var(q4)?4022.56 在实验中，最终用户的平均需求量是100，波动范围是（90,110）。但是到了第三、四节

点，需求的波动变得很大。 这两个节点平均需求量以及需求量方差的变化充分说明了牛鞭篇三：多普勒效应 实验报

告

大连理工大学

大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名

童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2009 年 03

月 30 日，第六周，星期 一 第 5-6 节 实验名称 多普勒效应及声速的测试与应用 教师评语

实验目的与要求：

1. 加深对多普勒效应的了解

2. 测量空气中声音的传播速度及物体的运动速度 主要仪器设备：

dh-dpl多普勒效应及声速综合测试仪，示波器 其中， dh-dpl多普勒效应及声速综合测试仪由实验仪、智能运动控制系统和测试架三

个部份组成。

实验原理和内容： 1、 声波的多普勒效应 实际的声波传播多处于三维的状态下， 先只考虑其中的一维（x方向）以简化其处理过

程。 设声源在原点，声源振动频率为f，接收点在x0，运动和传播都在x轴向上， 则可以

得到声源和接收点没有相对运动时的振动位移表达式： ????

?p?p0cos??t?x ， 其中?x0为距离差引起的相位角的滞后项， c0为声速。

0??c0?c0?

然后分多种情况考虑多普勒效应的发生： 1.1 声源运动速度为vs，介质和接收点不动 假设声源在移动时只发出一个脉冲波， 在t时刻接收器收到该脉冲波， 则可以算出从

零时刻到声源发出该脉冲波时， 声源移动的距离为vs(t?xc0)， 而该时刻声源和接收器的

实际距离为， 声源向接收点运动时vs（或ms） x?x0?vs(t?xc0), 若令ms=vs/c0（声源运动的马赫数） 为正， 反之为负（以下各个马赫数的处理方法相同， 均以相互靠近的运动时记为正）。 则距离表达式变为x?(x0?vst)/(1?ms)， 代回到波函数的普适表达式中， 得到变化的

表达式：

??p?p0cos?

?1?ms?x0????t?c???

0???

可见接收器接收到的频率变为原来的 1

, 即: 1?ms

1.2 根据同样的计算法， 通过计算脉冲波发出时的实际位移并代换普适表达式中的初始

位移量， 便可以得到声源、介质不动，接收器运动速度为vr时， 接收器接收到的频率为

1.3介质不动，声源运动速度为v s，接收器运动速度为vr，可得接收器接收到的频率为

1.4 介质运动。 同样介质的运动会改变声波从源向接收点传播的实际表观速度（真实声

速并没有发生变化）， 导致计算收发声时的实时位移量变为x?x0?vm t， 通过同样的计算法， 可以得到此状态下接收器收到的频率为（以介质向接收器运动

时， 马赫数记为正）

另外， 当声源和介质以相同的速度和方向运动时， 接收器收到的频率不变（从定性的

分析即可得到这一点结论）。 本实验重点研究第二种情况， 即声源和介质不动， 接收器运动。 设接收器运动速度为

vr，根据1.2 式可知，改变vr就可得到不同的fr，从而验证了多普勒效应。另外，若已知

vr、f，并测出fr，则可算出声速c0，可将用多普勒频移测得的声速值与用时差法测得的声

速作比较。若将仪器的超声 换能器用作速度传感器，就可用多普勒效应来研究物体的运动状态。

2、 声速的几种测量原理

2.1超声波与压电陶瓷换能器 频率高于20khz的声波称为超声波，超声波的传播速度等于声波的传播速度，而超声波

具有波长短，易于定向发射等优点， 故实验中采用超声波来验证多普勒效应。 本实验使用的压电陶瓷换能器为纵向换能器， 即能够将轴向的机械振动转换为电压的变

化并输出。 右图为其结构示意简图

2.2时差法测量原理

连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间

后，到达l距离处的接收换能器。显然声波在介质中传播的速度v=l/t。 测量过程中发射与

接收端的显示波形如下： 步骤与操作方法：

1. 时差法测声速

1.1 通过调节滚花帽， 将接收换能器调到距发射换能器12cm处，记录接收换能器接收

到的脉冲信号与原信号时间差。

1.2将接收换能器分别调至12cm、13cm??19cm处，分别记录各位置时间差。（注意避开

时间不稳定的区域， 使用稳定的区域进行测量）

2. 多普勒法测声速瞬时法测声速

2.1 从主菜单进入多普勒效应实验

2.2 将接收换能器调到约75cm处，设置源频率使接收端的感应信号幅值最大（谐振状态）

2.3 返回多普勒效应菜单，点击瞬时测量。

2.4 按下智能运动控制系统的set键，进入速度调节状态→按up直至速度调节到

0.450m/s 2.5 按set键确认→再按run/stop键使接收换能器运动。 2.6 记录“测量频率”

的值，按dir改变运动方向，再次测量。

3. 反射法测声速

用发射发测声速时，反射屏要远离两换能器，调整两换能器之间的距离、两换能器和反

射屏之间的夹角θ以及垂直距离l，如左下图所示，使数字示波器（双踪，由脉冲波触发）

接收到稳定波形。利用数字示波器观察波形，通过调节示波器使接受波形的某一波头bn的波

峰处在一个容易辨识的时间轴位置上，然后向前或向后水平调节反射屏的位置，使移动△l，

记下此时示波器中选定的波头bn在时间轴上移动的时间△t，如右下图所示，从而得出声速

值c0

反射屏

θl

θ

发射换能器

接受换能器 根据几何关系， 可以得到声速的计算表达式为： c0?

?x2?l

? ?t?t?sin?

t

（m/s）， t

273.16

多次测量后， 与理论给出值比较： c0?331.?

4. 利用已知声速测物体移动速度

4.1 从主菜单进入变速运动实验，将采样步距改为50ms 。

4.2 长按智能运动控制系统的set键，使其进入acc1变速运动模式，再按run/stop键

使接收换能器变速运动。

4.3 点击“开始测量”由系统记录接收到信号的频率（如半分钟后曲线仍未出现，则需

重新调节谐振频率）。再按run/stop键停止变速运动。

4.4 点击“数据”记录实验数据。计算接收换能器的最大运行速度，画出相应v?t曲线。 数据记录与处理： 1. 时差法测声速 实验数据

2. 多普勒法侧声速 实验数据 f0=37340hz f+=37390hz, vr+=+0.449m/s; f-=37291hz, vr-=-0.449m/s

3. 已知声速求运动物体速度 实验数据 而在160个完整的采样数据中， 最大和最小频率分别为： fmax=37373hz fmin=37309hz 篇四：霍尔效应实验报告 大 学

本(专)科实验报告

课程名称： 姓 名： 学 院： 系：

专 业： 年 级： 学 号： 指导教师： 成 绩： 年 月 日 （实验报告目录）

实验名称

一、实验目的和要求 二、实验原理 三、主要实验仪器

四、实验内容及实验数据记录 五、实验数据处理与分析 六、质疑、建议 霍尔效应实验

一．实验目的和要求：

1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.

2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流

is、励磁电流im之间的关系。

3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。 4、判断霍尔元件载流子的类型，

并计算其浓度和迁移率。 5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

二．实验原理：

1、霍尔效应

霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔

效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）

被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的

聚积，从而形成附加的横向电场。 如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流

is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型

半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。 由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并

使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种

积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大

小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。这时在a、b两端面之间建立

的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。 设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为 fl=-eb

式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。 同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为

霍尔电压，l为霍尔元件宽度 当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1） 设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2） 由（1），（2）两式可得 vh?ehl? ib1isb

?rhs （3）

nedd

即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例

系数rh?

1

称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne 率σ=neμ的关系，还可以得到： rh??/???? （4） 式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即 单位电场下载流子的运动速度，一般

电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。 当霍尔元

件的材料和厚度确定时，设kh?rh/d?1/ned （5） 将式（5）代入式（3）中得 vh?khisb （6） 式中kh称为元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔

电势大小，其单位是[mv/ma?t]，一般要求kh愈大愈好。 若需测量霍尔元件中载流子迁移率μ,则有 ?? ?l

(7) ?

eivi

将(2)式、(5)式、(7)式联立求得 ??kh? lis

? （8） lvi 其中vi为垂直于is方向的霍尔元件两侧面之间的电势差，ei为由vi产生的电场强度，

l、l分别为霍尔元件长度和宽度。 由于金属的电子浓度n很高，所以它的rh或kh都不大，因此不适宜作霍尔元件。此外

元件厚度d愈薄，kh愈高，所以制作时，往往采用减少d的办法来增加灵敏度，但不能认为

d愈薄愈好，因为此时元件的输入和输出电阻将会增加，这对锗元件是不希望的。 应当注意，当磁感应强度b和元件平面法线成一角度时（如图2），作用在元件上的有效

磁场是其法线方向上的分量bcos?，此时 vh?khisbcos? (9)

所以一般在使用时应调整元件两平面方位，使vh达到最大，即θ=0， 图(2)

vh=khisbcos??khisb

由式（9）可知，当控制（工作）电流is或磁感应强度b，两者之一改变方向时，霍尔 电压vh的方向随之改变；若两者方向同时改变，则霍尔电压vh极性不变。 霍尔元件测量磁场的基本电路如图3，将霍尔元件置于待测磁场的相应位置，并使元件

平面与磁感应强度b垂直，在其控制端输入恒定的工作电流is，霍尔元件的霍尔电压输出端

接毫伏表，测量霍尔电势vh的值。

三．主要实验仪器：

1、 zky-hs霍尔效应实验仪 图(3)

包括电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔元件及引线。 2、 ky-hc霍尔效

应测试仪

四．实验内容：

1、研究霍尔效应及霍尔元件特性 ① 测量霍尔元件灵敏度kh，计算载流子浓度n（选做）。 ② 测定霍尔元件的载流子迁

移率μ。

③ 判定霍尔元件半导体类型（p型或n型）或者反推磁感应强度b的方向。 ④ 研

究vh与励磁电流im、工作（控制）电流is之间的关系。 2、测量电磁铁气隙中磁感应强度

b的大小以及分布

① 测量一定im条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度b的大小。 ② 测量电磁铁气隙中磁感应强度b的分布。

五．实验步骤与实验数据记录：

1、仪器的连接与预热 将测试仪按实验指导说明书提供方法连接好，接通电源。 2、研究霍尔效应与霍尔元件

特性

① 测量霍尔元件灵敏度kh，计算载流子浓度n。（可选做）。 a. 调节励磁电流im为0.8a，使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度b的大小。 b.

移动二维标尺，使霍尔元件处于气隙中心位置。 c. 调节is=2.00??、10.00ma（数据采集间隔1.00ma），记录对应的霍尔电压vh填入 表

（1），描绘is—vh关系曲线，求得斜率k1(k1=vh/is)。 d. 据式（6）可求得kh，据式（5）

可计算载流子浓度n。 ② 测定霍尔元件的载流子迁移率μ。 a. 调节is=2.00??、10.00ma（间隔为1.00ma），记录对应的输入电压降vi填入表4， 描绘is—vi关系曲线，求得斜率k2（k2=is/vi）。 b. 若已知kh、l、l，据（8）式可

以求得载流子迁移率μ。 篇五：塞曼效应实验报告 近代物理实验报告

塞曼效应实验 学 院 班 级 姓 名 学 号 时 间 2014年3月16日 塞曼效应实验 实验报告

【摘要】：

本实验通过塞曼效应仪与一些观察装置观察汞（hg）546.1nm谱线（s1→3p2跃迁）的塞 3

曼分裂，从理论上解释、分析实验现象，而后给出横效应塞满分裂线的波数增量，最后

得出荷质比。

【关键词】：塞曼效应、汞546.1nm、横效应、塞满分裂线、荷质比 【引言】： 塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象，是1896年由荷兰物理学家塞曼发

现的。首先他发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂；随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂

成3条的原因，这种现象称为“塞曼效应”。在后来进一步研究发现，很多原子的光谱在磁场

中的分裂情况有别于前面的分裂情况，更为复杂，称为反常塞曼效应。 塞曼效应的发现使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解，塞曼效应证实了原子磁矩

的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重

要的发现之一。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理中，塞曼效应可以用来测

量天体的磁场。本实验采取fabry-perot（以下简称f-p）标准具观察hg的546.1nm谱线的

塞曼效应，同时利用塞满效应测量电子的荷质比。 【正文】：

一、塞曼分裂谱线与原谱线关系 1、磁矩在外磁场中受到的作用 (1)原子总磁矩 在外磁场中受到力矩的作用： 其效果是磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量（pj）绕磁场方向旋进。 (2)磁矩 在外磁场中的磁能： 由于或在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向分量也量子化： ∴ 原子受磁场作用而旋进引起的附加能量 m为磁量子数

g为朗道因子，表征原子总磁矩和总角动量的关系，g随耦合类型不同（ls耦合和jj耦

合）有两种解法。在ls耦合下： 其中：

l为总轨道角动量量子数 s为总自旋角动量量子数 j为总角动量量子数 m只能取j，j-1，j-2 ?? -j（共2j+1）个值，即δe有(2j+1)个可能值。 无外磁场时的一个能级，在外磁场作用下将分裂成（2j+1）个能级，其分裂的能级是等

间隔的，且能级间隔

2、塞曼分裂谱线与原谱线关系：

(1) 基本出发点： ∴分裂后谱线与原谱线频率差 由于 为方便起见，常表示为波数差 定义为洛仑兹单位：

3、谱线的偏振特征： 塞曼跃迁的选择定则为： δm=0 时为π成份（π型偏振）是振动方向平行于磁场的线偏振光，只有在垂直于磁场

方向才能观察到，平行于磁场方向观察不到；但当δj=0时，m2=0到m1=0的跃迁被禁止。 当

δm=±1时，为σ成份，σ型偏振垂直于磁场，观察时为振动垂直于磁场的线偏振光。 平行

于磁场观察时，其偏振性与磁场方向及观察方向都有关： 沿磁场正向观察时（即磁场方向离

开观察者：uδm= +1为右旋圆偏振光（σ偏振） δm= -1为左旋圆偏振光（σ偏振） 也即，

磁场指向观察者时：⊙δm= +1为左旋圆偏振光 δm= -1为右旋圆偏振光 分析的总思路和总

原则:

在辐射的过程中，原子和发出的光子作为整体的角动量是守恒的。 原子在磁场方向角动

量为： -+

）

∴在磁场指向观察者时：⊙

当δm= +1时，光子角动量为，与同向 电磁波电矢量绕逆时针方向转动，在光学上称为左旋圆偏振光。 δm= -1时，光子角动量为，与反向 电磁波电矢量绕顺时针方向转动，在光学上称为右旋圆偏振光。 例：hg 5461?谱线，

{6s7s}s1→ {6s6p}p2能级跃迁产生 3

3 分裂后，相邻两谱线的波数差实验方法： 观察塞曼分裂的方法： 塞曼分裂的波长差很小由于 以hg 5461 ?谱线为例当处于b=1t的磁场中 要观察如此小的波长差，用一般的棱镜摄谱仪是不可能的，需要用高分辨率的仪器，如

法布里—珀罗标准器（f—p标准具）。