TWP-W184型 法拉第效應(yīng)塞曼效應(yīng)綜合實驗儀

一、概述

光和一切微觀物質(zhì)一樣，具有波粒二象性，當一束光通向在磁場作用下的具有磁矩的物質(zhì)，從介質(zhì)反射或者透射后，光的相位、頻率、光強、傳輸方向和偏振狀態(tài)等傳輸特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做磁光效應(yīng)。早在1845年，法拉第首先發(fā)現(xiàn)了磁光效應(yīng)，這就是當平面偏振光通過沿光傳輸方向磁化的介質(zhì)時，偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，后來人們將這一現(xiàn)象稱為法拉第磁光效應(yīng)。1876年，克爾又提出了另一種磁光效應(yīng)——克爾效應(yīng)，即當平面偏振光從磁化介質(zhì)的表面反射時，偏振面也發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。1896年，塞曼發(fā)現(xiàn)，把光源置于磁場中，每條譜線分裂成幾條譜線，這稱為塞曼效應(yīng)。這三種磁光效應(yīng)中，研究最多和應(yīng)用最廣的是法拉第效應(yīng)，而塞曼效應(yīng)作為經(jīng)典的近代物理實驗，在物理教學(xué)中占有重要的地位。

法拉第效應(yīng)塞曼效應(yīng)綜合實驗儀，合理地將兩種實驗整合成一臺多測量的實驗教學(xué)儀器，并且塞曼效應(yīng)實驗可以選配直讀式和電腦自動采集兩種測量方法，這樣就將經(jīng)典的實驗教學(xué)和現(xiàn)代化的測量手段相結(jié)合，通過比較使學(xué)生更深刻地理解實驗內(nèi)容。該儀器實驗過程清晰、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換方便、數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可以用于大中專院校設(shè)計性研究性實驗和近代物理實驗。

二、儀器簡介

法拉第效應(yīng)塞曼效應(yīng)實驗儀主要由實驗主機、勵磁電源、電磁鐵、轉(zhuǎn)臺、光學(xué)導(dǎo)軌、激光器、起偏器、檢偏器、探測器、會聚透鏡（薄透鏡）、干涉濾色片、F-P標準具、成像透鏡（厚透鏡）以及測微目鏡組成，另外用戶還可以選配CCD攝像系統(tǒng)、USB圖象采集系統(tǒng)以及塞曼效應(yīng)實驗分析軟件。實驗裝置如下圖所示：

圖1 法拉第效應(yīng)塞曼效應(yīng)綜合實驗儀實驗裝置

三、技術(shù)指標

1．工作環(huán)境

1）環(huán)境溫度                  0℃-40℃

2）相對濕度                  不大于85%

3）供電電源                  AC 220V10V 50Hz

2．半導(dǎo)體激光器

1）波長                      650nm

2）輸出功率                  <4mW

3）最小光斑直徑              1mm(可調(diào)焦)

3．電磁鐵

1）最大磁感應(yīng)強度            1350mT左右（具體數(shù)值依儀器定）

2）勵磁線圈升溫              <30℃

3）空氣隙寬度                約8mm

4）通光孔直徑                3mm

5）磁頭直徑                  30mm

6）水平轉(zhuǎn)臺                  90度定位

4．勵磁電源

1）輸出最大穩(wěn)壓值            30V

2）輸出最大穩(wěn)流值            5A

5．磁場測量(毫特斯拉計)

1）測量范圍                  0－1999mT

2) 測量分辨率                1mT

3）定標方法                  核磁共振法

6.低壓汞燈

1）啟輝電壓                  1500V

2）燈管直徑                  約6.5mm

3）額定功率                  3W

7．起偏器和檢偏器

1）起偏器測角分辨率          1度

2）檢偏器測角分辨率          1.9分（測微頭移動0.01mm）

8．法布里－珀羅標準

1）通光口徑                  40mm

2）中心間隔                  2mm（三腳調(diào)節(jié)）

3）反射率                    >95％

9．干涉濾光片

1）中心波長                  546.1nm

2）半帶寬                    8nm

3）通光口徑                  19mm

10．透鏡

1）會聚透鏡通光孔徑（薄）    34mm

2）成像透鏡通光孔徑（厚）    30mm

3）成像透鏡焦距              約157mm

11．讀數(shù)顯微鏡

1）放大倍數(shù)                  20

2）目鏡焦距                  12.6mm

3）工作距離                  62mm

4）視場直徑                  9mm

5）目鏡分劃尺格植            1mm

6）目鏡分劃尺刻度數(shù)          6mm

7）測微鼓最小讀數(shù)            0.01mm

12.CCD攝像頭(選配件)

1）成像器件                  1/3＂SONY HAD CCD

2）有效像素                  752（H）×582（V）

3）水平解析度                570線

4）最低照度                  0.001Lux at F1.2

5）信噪比                    More than 48dB

6）電源                      DC 12V

13.USB接口外置圖像采集盒（選配件）

1）接口標準                  USB2.0標準接口

2）采集方式                  單幀或者多幀

3）采集圖像                  黑白/彩色圖像

四、實驗項目

1．用毫特斯拉計測量電磁鐵磁頭中心的磁感應(yīng)強度，分析線性范圍。

2．法拉第效應(yīng)實驗，消光法測量樣品的費爾德常數(shù)。

3．掌握觀測塞曼效應(yīng)的方法，加深對原子磁矩及空間量子化等原子物理學(xué)概念的理解。

4．觀察汞原子546.1nm譜線的分裂現(xiàn)象及它們偏振狀態(tài)，計算電子荷質(zhì)比。

5．學(xué)習(xí)法布里-珀羅標準具的調(diào)節(jié)方法。

6．學(xué)習(xí)CCD器件在光譜測量中的應(yīng)用以及通過計算機自動處理光譜數(shù)據(jù)的實驗方法。（其中CCD器件、圖像采集系統(tǒng)及塞曼效應(yīng)實驗分析軟件為選購件）。

五、注意事項

1．筆形汞燈工作時輻射出較強的253.7nm紫外線，實驗時操作者請不要長時間直接觀察汞燈燈光，如果需要，請佩戴防護眼鏡。

2．為了保證筆形汞燈有良好的穩(wěn)定性，在振蕩直流電源上應(yīng)用時，對其工作電流應(yīng)該加以選擇。另外將筆形汞燈管放入磁頭間隙時，注意盡量不要使燈管觸碰磁頭。

3．汞燈起輝電壓達到1000V以上，所以接通電源時注意不要觸碰筆形汞燈的接插件和連接線，以免發(fā)生觸電事故。

4．法布里-珀羅標準具等光學(xué)元件應(yīng)避免沾染灰塵、污垢和油脂，還應(yīng)該避免在潮濕、過冷、過熱和酸堿性蒸汽環(huán)境中存放和使用。

5．光學(xué)零件的表面上如有灰塵可以用橡皮吹氣球吹去。如表面有污漬可以用脫脂、清潔棉花球蘸酒精、乙醚混合液輕輕擦拭。

6．激光器不能夠直射入眼睛，以免對人造成傷害。

7．光電探測器不能夠超量程使用，盡量避免激光長時間直接入射。

8．儀器應(yīng)存放在干燥、通風(fēng)的清潔房間內(nèi)，長時間不用時請加罩防護。