Badanie efektu Zeemana w widmie atomowym Hg za pomocą interferometru Fabry'ego-Perota / Zeeman effect in the Hg spectrum measured with the Fabry-Pérot interferometer

 

Celem ćwiczenia jest wszechstronne zapoznanie studenta z teorią i problemami doświadczalnymi klasycznej metody badań spektroskopowych wysokiej zdolności rozdzielczej, na przykładzie badania rozszczepienia zeemanowskiego linii rtęci Hg (długość fali λ = 546.1 nm) w polu magnetycznym o regulowanej wartości do około 1.5 T.

Jako przyrządu wysokiej zdolności rozdzielczej używa się przestrajanego interferometru Fabry'ego-Pérota. W interferometrze są zastosowane zwierciadła dielektryczne odległe o d = 3.54 mm, a przestrajanie odbywa się poprzez zmianę ciśnienia dwutlenku węgla w komorze interferometru. Linia λ = 546.1 nm wydzielona jest z widma spektralnej lampy rtęciowej za pomocą filtru interferencyjnego. Dzięki użyciu polaryzatora obserwowane są osobno składowe π oraz σ widma zeemanowskiego w obserwacji poprzecznej względem kierunku pola magnetycznego.  Możliwa jest również obserwacja składowych σ± w obserwacji podłużnej.

Natężenie światła w centrum obrazu interferencyjnego jest mierzone przy pomocy fotopowielacza, którego sygnał jest wzmacniany, przesyłany poprzez kartę pomiarową do komputera i zapisywany za pomocą programu służącego do akwizycji danych. Na podstawie analizy zarejestrowanych interferogramów wyznaczane jest rozszczepienie zeemanowskie badanej linii rtęci oraz wartość indukcji pola magnetycznego, w której to rozszczepienie nastąpiło.

The aim of the experiment is to gain experience in the field of an optical high resolution spectroscopy. Students investigate the Zeeman splitting of the mercury line (λ=546.1) in the magnetic field of up to 1.5 T. High spectral resolution is provided by the Fabry-Pérot interferometer with dielectric mirrors. The distance between the mirrors is d=3.54 mm and the spectral tuning is accomplished by changing the pressure of the CO2 gas in the interferometer chamber. When using a polarizer, both the π and σ components of the Zeeman spectrum may be observed, along the direction perpendicular to the direction of the magnetic field. The observation of the σ± components along the magnetic field direction is also possible. On the basis of the registered interferograms the students calculate the Zeeman splitting of the Hg line as well as the magnetic field induction.