掃描Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具及其在塞曼效應(yīng)等高分辨率光譜檢

1、實驗四 掃描Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具及其在塞曼效應(yīng)等高分辨率光譜檢測中的應(yīng)用一、實驗?zāi)康牧私釬P標(biāo)準(zhǔn)具的原理；掌握其調(diào)整、使用方法；利用氣壓掃描法測定標(biāo)準(zhǔn)具的主要技術(shù)指標(biāo)；應(yīng)用該儀器測定塞曼效應(yīng)等。二、實驗儀器、材料氣壓掃描Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具、單頻He-Ne激光器及其電源、硅光電池探測器、函數(shù)記錄儀或PC機、擴束平行光管、電磁鐵及其電源、特斯拉計、筆形汞燈及其電源、聚光透鏡。三、原理1.FP干涉儀的簡要描述FP干涉儀的核心是兩個平面性和平行性極好的高反射光學(xué)鏡面，它可以是一塊玻璃或石英平行平板的兩個面上鍍制的鏡面，也可以是兩塊相對平行放置的鏡片，即為空氣間隔，如圖1所示。前一種形

2、式結(jié)構(gòu)簡單，使用時無需調(diào)整，比較方便，體積也小，但由于材料的均勻性和兩面加工平行度往往達不到很高水平，故性能不如后者優(yōu)良。用固定間隔來定位的FP干涉儀又常稱為FP標(biāo)準(zhǔn)具。間隔圈常用熱膨脹系數(shù)小的石英材料(或零膨脹微晶玻璃)。它在三個點上與平鏡接觸，用三個螺絲調(diào)節(jié)接觸點的壓力，可以在小范圍內(nèi)改變二鏡面的平行度，使之達到滿意的程度。使用時常在干涉儀的前方加聚光透鏡，后方則用成象透鏡把干涉圖成象于焦平面上，如圖2所示。圖 1 FP干涉儀的多光束干涉圖 2 法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的使用FP干涉儀采用多光束干涉原理，關(guān)于多光束干涉的詳細理論可參閱有關(guān)專著，我們在此就直接利用有關(guān)的一些關(guān)系式。設(shè)每一鏡面的反射率

3、都為R，透射率為，吸收散射等引起的損耗率為，則有(1)圖1中相鄰兩光束的光程差為(2)其中h為鏡面間隔距離，n為鏡間介質(zhì)折射率，為入射光束投射角，為光束在鏡面間的投射角。干涉條紋定域在無窮遠，在反射中光強分布由下式?jīng)Q定：(3)在透射光中光強分布為(4)其中為入射角為a的入射光強；而F為相鄰光束的相位差，來自由(2)式表示的光程差D和兩次反射時的相位差變、：(5)其中、對金屬膜可認為常數(shù)，對介質(zhì)膜來說它們是零，下面我們不予考慮。所以對一定波長的單色光，因入射角而變?？梢姼缮鏄O大的角分布是以鏡面法線為軸對稱分布的。在圖1的成象透鏡焦面上得到一套同心環(huán)。干涉圖的圓心位置在通過透鏡光心的FP鏡面法線上

4、。當(dāng)鏡面的吸收率可忽略時，(3)、(4)式簡化為：(6)(7)它們的分布圖如圖3所示，可見反射光是亮背景上的暗環(huán)，透射光是暗背景上的亮環(huán)，兩者是互補的，其和等于入射光強。圖 3 透射光和反射光根據(jù)(4)或(7)式透射光強在光程差滿足以下條件的角方位上有極大值：(8)其中為干涉級次，是正整數(shù)。2.FP干涉儀的技術(shù)參數(shù)FP干涉儀作為光譜儀器，其主要參數(shù)是：(1)角色散和線色散；(2)不重迭光譜范圍；(3)峰值透過率；(4)襯比因子；(5)分辨率、儀器寬度和細度。其中(3)、(4)、(5)三項是衡量FP干涉儀質(zhì)量的主要指標(biāo)，而尤以(5)為最重要。把(8)式對微分，可得角色散為：(9)可見角色散與鏡間

5、距離和反射膜性質(zhì)無關(guān)，當(dāng)入射角0時，負號表示增大時，相應(yīng)的透射光束變小。玻璃平行平板()FP標(biāo)準(zhǔn)具比空氣板標(biāo)準(zhǔn)具的角色散約大倍。在成象透鏡焦面上所得干涉圈的線色散顯然為：(10)式中f為透鏡焦距，r為干涉環(huán)半徑。把(8)式對微分，把l作為常數(shù)，再令，可得相鄰干涉級次間的角間隔(11)焦面上單色光相鄰干涉環(huán)的間距為：(12)可見鏡間距離增大時，干涉環(huán)的間隔距離就縮??；成象透鏡焦距f增大時，干涉環(huán)間隔迅速增大。為了得到便于觀察的干涉圖，需選用焦距適當(dāng)?shù)某上笸哥R。當(dāng)采用有限空間分辨率的探測器探測時，應(yīng)采用適當(dāng)焦距的透鏡來獲得必要的線色散，可以看出，把探測器置于干涉環(huán)中心(，)是有利的。不重迭光譜范圍

6、亦稱自由光譜區(qū)，就是當(dāng)一個波長l的第級次干涉極大與另一波長()的第()級次重迭時，兩者的波長差，由上面的討論，應(yīng)有(13)根據(jù)(9)和(11)式(14)分母中第三項不大，可忽略，小角度時也很小。這時：(15)若用頻率表示，則為若用波數(shù)表示，則為(16)與波長無關(guān)，只取決于鏡間光程。如果入射光中各譜線成分的間隔大于不重迭區(qū)時，就會發(fā)生干涉圖重迭，不能確定它們干涉級次的相對高低，從而不能確定其波長差。相反，如果入射光中的譜線間隔比自由光譜區(qū)小得多，就不易被分辨開。所以鏡間距應(yīng)根據(jù)研究對象的光譜范圍來選擇。例如，塞曼效應(yīng)中，汞5461Å譜線的塞曼分裂可達0.75Å，故選用2mm的

7、鏡間隔。由(4)和(7)式可見，干涉儀的峰值透過率為(17)可見，隨著趨向零，而當(dāng)一定時，隨反射率R的增大，減小，如圖4所示。為了不過分損失透射強度，反射率不能取太高。透射光極小值則為：(18)干涉儀的重要指標(biāo)之一 襯比因子C(亦稱對比度)為：(19)圖 4 與和R的關(guān)系可見對比度主要取決于反射率R，隨R增大而急劇增大。由于最小透射并不是零，所以強譜線的背景透射可能淹沒弱譜線的透射峰，對比度反映了譜線之間可能的最大隔離程度。一般FP干涉儀對于理想單色光透射光強減到峰值一半所對應(yīng)的相位寬度是不大的，(7)式分母中兩項相等時就是求得的條件，其中取可得(20)透射峰半高處寬度除以相鄰峰間距就是細度。

8、相鄰級次的干涉峰相應(yīng)于2位相差，所以FP干涉儀的細度為：(21)可見細度由反射率決定而與h無關(guān)，這里是假定兩鏡面是理想的平行平面，故稱為反射率細度。圖5曲線1表示(21)式所示的關(guān)系。細度越大，分辨緊鄰譜線的能力當(dāng)然越強，但不能靠無限制地提高來提高細度。細度嚴重地受限于鏡面的平面度和平行度。平行度往往可以調(diào)整，盡量調(diào)到最佳，但平面度卻受限于工藝技術(shù)，不可能達到理想狀態(tài)，這往往是限制細度的主要原因。圖 5 F和R關(guān)系由于有平面誤差和平行誤差。所以在全孔徑范圍內(nèi)，h是坐標(biāo)(x,y)的函數(shù)。鏡面的平面平整度通常用全孔徑范圍內(nèi)以波長表示的最大起伏來表示，例如、等。用單色平行光束垂直鏡面投射時，由于各處

9、h略有差別，就不能同時滿足干涉透射峰的條件。如果h的起伏較大，掃描過程中透射光只以等厚條紋的形式出現(xiàn)，掃過全孔徑。h起伏小時，可能全孔徑同時有透射光，但各處達到峰值的時刻可有不同。由于各處峰值叉開，就必然使全孔徑的透射峰加寬和畸變，使峰值和細度都減小。平整度誤差為的一對鏡片，對應(yīng)的干涉光束有的光程差起伏，就會引入附加“平整度細度”為：(22)另外，由于探測器的有限空間分辨率，也會影響到實際的細度，例如，在FP干涉儀成象透鏡焦面上的干涉環(huán)的中心設(shè)置一個直徑為d的小孔光闌，探測通過小孔的光，有限大小的小孔光闌會引入附加的“小孔細度”(pinhole finesse)：(23)考慮到反射率細度、平整

10、度細度、小孔細度，儀器的綜合細度滿足：(24)為了使小孔細度不明顯影響綜合細度，可選用d足夠小的小孔光闌和焦距f較大的成象透鏡。通常對的主要限制來自。圖5中曲線2、3、4表示了這種限制?？梢婄R面平面度對FP干涉儀的細度有著決定性影響?？s小標(biāo)準(zhǔn)具的使用面積，可以減小平面誤差的影響，提高。當(dāng)光束截面很小時，可忽略的影響，使，能達到很高的值?？s小使用面積帶來的不良影響是減少了標(biāo)準(zhǔn)具的集光本領(lǐng)，同時使不垂直入射的光束在多次反射時，很快偏到孔徑以外，減少了干涉光束數(shù)，從而使分辨率隨入射角的增大而迅速減小。如果兩個單色光和()的峰值間隔正好為(20)式所示的，則稱為干涉儀本身的儀器寬度。取(5)式對的微分

11、，再利用(20)式，即可得(25)儀器寬度就等于自由光譜區(qū)除以細度。用波數(shù)表示儀器寬度為：(26)可見，儀器寬度的波數(shù)值與細度和鏡間距離h成反比。儀器的分辨本領(lǐng)為：(27)可見分辨本領(lǐng)與細度F成比例，與干涉級次m或鏡間距離h成比例。然而h增大時，使干涉環(huán)直徑及環(huán)間隔都減小，使不重迭光譜范圍減小，使干涉儀的調(diào)整變得困難。綜上所述，對于鏡間介質(zhì)折射率確定的FP干涉儀的角色散是一致的；線色散取決于成象透鏡的焦距；不重迭光譜范圍反比于鏡間距離；峰值透過率和襯比因子取決于鏡面反射膜的反射率和損耗率；儀器寬度和分辨本領(lǐng)取決于鏡間距離和細度的乘積；對于理想的平行平面，F(xiàn)P干涉儀，細度僅取決于反射率，在實際情

12、況下，儀器能達到的細度受限于鏡面的平面平整度和平行度以及接受小孔光闌的直徑。在應(yīng)用FP標(biāo)準(zhǔn)具時，應(yīng)根據(jù)具體要求選擇鏡間間隔、鏡面反射率、細度及成象透鏡焦距。反映FP干涉儀質(zhì)量的指標(biāo)主要是峰值透過率、襯比因子C和綜合細度，而以細度尤為重要。其他還有溫度穩(wěn)定性、抗振性能等。在FP干涉儀中，使鏡面具有高反射率和低損耗率是很關(guān)鍵的。金屬膜制備簡單，高反射率的光譜范圍大，但光的損耗率也大，銀膜在紅光和黃光區(qū)域的反射率可達95，但在紫光區(qū)域就比較差了，到3100Å左右，降到接近零。鋁膜在紅光和黃光區(qū)域反射率接近銀膜，對于波長較短的光，鋁膜優(yōu)于銀膜，可一直用到2000Å?，F(xiàn)在多層介質(zhì)膜技

13、術(shù)可以容易制得R在99以上的高反射膜，而損耗0.2。高反射率的光譜帶寬通常約為1000Å左右，采用特殊寬帶膜系可得更寬的高反射帶寬。究竟采用多大的R，取決于要求有多大的和由及R決定的。采用多層介質(zhì)膜時還應(yīng)注意膜層應(yīng)力對平鏡平面度的不良影響。3.干涉光譜的觀測和記錄方法可采用目視或照相法。目視法一般用目視測量顯微鏡進行。方便直觀，但易引入主觀測量誤差，不能作干涉光譜的強度測量，不能得到原始可保存資料；采用照相法時應(yīng)注意選用焦距適當(dāng)?shù)恼障噻R頭。也可以用攝象機攝下干涉圖，在顯示屏幕上對干涉圖進行數(shù)據(jù)處理，這樣可免除拍照和暗室沖洗的煩瑣。采用目前流行的CCD攝象機具有小巧方便和附加畸變小的優(yōu)

14、點，但其象素有限，同時，干涉圖愈向外圈，色散愈小，分辨本領(lǐng)和光強也都愈小。下面著重介紹掃描光電記錄法。由FP干涉儀的程差表示式可知，改變鏡間距離h、改變鏡間氣體壓強從而改變折射率n以及改變角度都可以改變程差，從而實現(xiàn)干涉光譜的掃描。改變傾角法通常是轉(zhuǎn)動標(biāo)準(zhǔn)具本身，在成象透鏡焦平面上設(shè)置一段短狹縫光闌，隨著標(biāo)準(zhǔn)具法線取向的變化，使整套干涉環(huán)在垂直狹縫光闌的方向過中心地掃過狹縫光闌。光電探測器接收通過光闌的光強。這種方法容易實施，容易掃過多個干涉級次，適用于h和n不易改變的實心介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)具。其缺點是標(biāo)準(zhǔn)具的角色散的非線性使掃描也是非線性的；不能利用干涉圈中心色散最大處；傾角大時，干涉光束數(shù)目減少，從

15、而分辨率下降。較好的辦法是掃描h或n，這時干涉環(huán)的圓心位置不變，而從中心冒出(h或n增大)或湮滅(h或n減小)，同時探測通過中心小孔光闌的光強，得到如圖3所示的信號。這樣能利用中心色散最大處；掃描是線性的；分辨率是一致的。改變h可用精密絲桿勻速移動一面鏡子來實現(xiàn)，但這種方法穩(wěn)定性差，一般不采用。通常把干涉儀的一面鏡子固定在可以伸縮的支承材料上。這種伸縮可以是壓電伸縮或磁致伸縮，也可以熱脹冷縮(這時需把干涉儀置于溫度可均勻而線性變化的溫室內(nèi))，這類方法操作方便，其中壓電伸縮用得最多。主要缺點是在改變h時，不易保持兩鏡嚴格的，同時必須有一鏡是可動支撐結(jié)構(gòu)，使其機械穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性降低。但采取嚴格

16、措施，還是能達到滿意的程度。改變鏡間氣壓來掃描干涉光譜是廣泛采用的最簡單而可靠的方法，它不會破壞兩鏡的平行性，采用固定間隔環(huán)的FP標(biāo)準(zhǔn)具的穩(wěn)定性好，對振動干擾不大敏感，容易做到較好的線性慢掃描。這種方法的局限性在于氣壓不能很快改變，故不適合研究波長和光強較快漂變的光源；還有必須有足夠的鏡間間隔，才能方便地實現(xiàn)幾個干涉級次的掃描范圍。讓我們來估算一下，改變氣壓時，標(biāo)準(zhǔn)具光學(xué)厚度的相應(yīng)改變有多大。理論和實驗都表明，在相當(dāng)大的氣壓范圍內(nèi)，氣體折射率n與氣體密度有很好的線性關(guān)系，在溫度T不變時與氣壓P也有線性關(guān)系：(28)其中A、A”和A為常數(shù)。光束入射角接近0°時，干涉級次為，氣壓改變P時

17、，干涉級次的改變?yōu)椋?29)如果采用空氣，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，當(dāng)5500Å，h2mm，P2大氣壓時，能掃過干涉級次m4.262。氣壓掃描的具體做法是把FP標(biāo)準(zhǔn)具置于兩端有通光窗口的密閉容器中。一般常用機械真空泵抽空容器內(nèi)氣體。然而，從氣源通過毛細管對容器充氣。這時隨著nh的增大，干涉環(huán)從中心冒出，擴大。如果氣源的壓強比掃描時氣壓的改變量大得多，可近似地認為充氣流量是恒定的，則n隨時間的變化也是線性的：(30)但要得到較好的線性，抽氣、充氣系統(tǒng)并不簡單方便，同時毛細管易被塵埃等堵積而改變流量，要想改變掃描速度也不方便。在我們的儀器中，用步進電機驅(qū)動的封閉壓縮泵來改變?nèi)萜鲀?nèi)的氣壓。容器上裝有半

18、導(dǎo)體壓力傳感器，直接輸出與氣壓成線性關(guān)系的電壓信號，作為記錄儀的X坐標(biāo)信號。由可知，對于確定的單色光，就得到干涉級次的線性掃描，而在同一級次中的就得到對不同波長的線性掃描。記錄儀Y軸的信號來自小孔光闌后的光電探測器。圖6就是記錄得到的光譜。如果采用譜線寬度很窄的單色光，例如單縱模激光，則其透射峰就能反映儀器寬度，以半峰值處的寬度除以峰峰距離就得到細度。但一般光譜燈的譜線本身有量級的頻寬，其透射峰是儀器線形與譜線線形的卷積。圖 6 單色光的光電掃描光譜作為封閉壓縮系統(tǒng)驅(qū)動器的步進電機的步速可方便地改變，從而改變氣壓掃描速度，同時儀器中采用了反饋控制，使氣壓掃描速度接近恒定，避免封閉壓縮系統(tǒng)的空間

19、縮小時，恒定的步速使氣壓上升速度越來越快，導(dǎo)致信號探測和處理中時間響應(yīng)的不一致。用氣壓傳感器的氣壓信號作為正比于氣體折射率的信號，其前提是系統(tǒng)的溫度應(yīng)保持不變。在儀器結(jié)構(gòu)上已盡量使溫度變化微小，同時在使用中，掃描速度慢能使溫度變化更小。另外，氣壓掃描時，氣室外殼會發(fā)生微小形變，已采取措施有效地隔離了這種形變對鏡片的影響，否則，氣壓掃描FP干涉儀將不能正常工作。光強信號的探測器應(yīng)根據(jù)光信號的強度和波長合理選擇。強光時，如用He-Ne激光，可采用硅光電池，工作波長范圍為0.41.1m，不需要供給其他工作電壓。但應(yīng)注意，光電池的短路光電流才與光信號強度有線性關(guān)系，所以采用的信號放大器輸入阻抗必須是極

20、小的，我們的儀器中是滿足此要求的。弱光時，如各種光譜燈，可采用光電倍增管，應(yīng)選靈敏波長范圍合適的型號、無光時的暗電流小的器件。光電倍增管的倍增率與所供給的負高壓關(guān)系很大，調(diào)節(jié)負高壓可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，改變輸出光電信號的大小，同時要求負高壓要足夠穩(wěn)定，否則光電信號將會產(chǎn)生明顯的漂移或抖動。數(shù)據(jù)記錄可以采用XY記錄儀，也可通過A/D轉(zhuǎn)換接口輸入到PC機，用專用軟件來顯示掃描曲線和進行數(shù)據(jù)處理。四、實驗內(nèi)容1.調(diào)整儀器系統(tǒng)圖 7 通常觀測平行度方法LS線光譜光源；聚光透鏡；IF干涉濾光片；FP標(biāo)準(zhǔn)具；Eye眼睛把儀器調(diào)整到最佳狀態(tài)是實驗取得優(yōu)良效果的基礎(chǔ)，同時能加深對儀器原理和功能的認識，學(xué)會正確而

21、巧妙地使用儀器，這對提高實驗?zāi)芰κ种匾?。在FP干涉儀的實驗中，應(yīng)注意如何調(diào)節(jié)兩鏡的平行度，如何求取平面度最好的部位用于實驗，如何正確地把小孔光闌設(shè)置到干涉圖的中心，如何正確照明來獲取最強信號。在掃描型的FP干涉儀中，可利用其掃描特點，把調(diào)整工作巧妙地做得特別卓越。通常調(diào)節(jié)FP鏡對的平行度方法，如圖7所示。采用單色光照明干涉儀，眼睛一邊觀察干涉儀，一邊向某一方向移動，如果移動時發(fā)現(xiàn)環(huán)從中心冒出并擴大，說明沿此方向鏡間距在增大，應(yīng)調(diào)節(jié)相應(yīng)螺旋，糾正之。實踐證明，這樣的調(diào)節(jié)效果往往還不盡人意，在本實驗中，利用成象透鏡焦面小孔光闌組件，可選出一束通過FP干涉儀的平行光束來觀察，如圖8所示。這樣觀察到

22、的是等厚干涉條紋。在增加氣壓時，條紋將向鏡間距小的方向移動，這樣我們可以很明確地知道該調(diào)哪個螺旋，如何調(diào)。隨著平行度的改善，等厚條紋會變寬、變彎曲，變成寬大的亮斑，如圖8中(a)、(b)、(c)所示。設(shè)想一對理想的平行平鏡，其鏡間距處處相等，等厚干涉條件各處一樣，在掃描氣壓時，整個孔徑內(nèi)亮暗應(yīng)均勻分布，在透射峰時呈現(xiàn)的干涉圖是一均勻亮場。由于不平行，才會導(dǎo)致掃描時等厚干涉圖的定向橫向移動，這提供了極其敏感的平行度指示。平行度調(diào)到最佳后，由于鏡面必定存在平面度誤差，所以透射峰時仍不是均勻亮場。從以上的觀察和調(diào)節(jié)，可以直觀地領(lǐng)會到平鏡平行度和平面度對儀器細度和峰值透過率的決定性影響。圖 8 掃描法

23、觀測平行度LS線光譜光源；聚光透鏡；成象透鏡；IF干涉濾光片；Ph小孔光闌；Eye眼睛焦面上小孔光闌設(shè)置于干涉環(huán)的中心是最有利的，但有時所研究的光源亮度較低，難以清晰地看清干涉環(huán)，為此，我們的儀器在小孔光闌后方設(shè)置了一個可移動的發(fā)光二極管，可把它移到正對小孔，使光向前經(jīng)成象透鏡投射到FP鏡上，再反射回來，又在焦面上成一亮點，如圖9所示，調(diào)整FP干涉儀的方位，使該亮點與小孔重迭，就保證了小孔光闌位于干涉環(huán)的正中心。調(diào)畢，把發(fā)光二極管關(guān)閉并移開，不妨礙光電探測器接收信號。圖 9 調(diào)整干涉環(huán)中心為了在記錄儀或計算機屏幕上顯示大小適中的信號曲線，除了在記錄儀或計算機上選擇設(shè)置合適的靈敏度以外，對X軸的

24、氣壓(波長)信號，還可在“掃描控制器”上連續(xù)調(diào)節(jié)氣壓模擬信號的“輸出調(diào)節(jié)”；對Y軸光強信號，還可調(diào)節(jié)光源的光強、光電倍增管電壓、光電流放大器倍率或“輸出調(diào)節(jié)”來得到合適的信號強度。2.FP干涉儀主要參數(shù)的測定(1)兩鏡相對平面度的估測在我們的掃描干涉儀中，真正起作用的是干涉圖中心的光強，而這部分光能量來自于垂直鏡面的光束干涉迭加。由于兩鏡面不是理想的平行平面，鏡面不同位置(x,y)的鏡間距h(x,y)不盡一致，所以滿足干涉極大的條件不一致，設(shè)(,)處在氣壓時達到極大，(,)處在時達到同一級次的極大，這意味著，根據(jù)(28)、(29)式可得這兩處的鏡間距差為：(31)其中P是對應(yīng)于相鄰兩個干涉級次

25、峰的氣壓差，它等價于h相差。利用圖8所示的觀察方法，掃描氣壓時，可測得通光孔徑中不同位置在同一干涉級次達到干涉極大的相應(yīng)氣壓，從而可估測出鏡間距的最大偏差，在平行度調(diào)到最佳的情況下，就表示兩平鏡的“相對平面度”。如采用擴束平行激光束照明，因其譜線寬度窄，估測效果會更好。但應(yīng)注意，這時眼睛不能直接對著小孔觀察，可在干涉儀前加一毛玻璃來散射光束，或在小孔后設(shè)置一白屏，觀察透射光斑。這時往往還可看到相應(yīng)于不同縱模的條紋。(2)細度的測定用擴束平行單頻激光垂直照明干涉儀，用硅光電池探測通過焦面上小孔光闌的光強，氣壓掃描時用記錄儀或計算機記錄掃描曲線，測定兩相鄰峰之間距離以峰半高處寬度，即為細度。實驗系

26、統(tǒng)如圖10所示。在光路中用不同直徑的光闌截取或大或小的光束截面，可測得不同的細度，這是由于所利用鏡面面積小時，一般說來“相對平面度”也好(小)，使細度增加。如果在干涉儀前方置一黑紙片做的特異形狀的光闌，擋住透射峰時不亮的鏡面部分，會明顯提高儀器的細度，而并不降低透射峰值。這能顯著改善光譜測量時的分辨本領(lǐng)。(3)峰值透射率的測定用擴束平行單頻激光垂直照明干涉儀，用小于或等于干涉儀通光孔徑的光闌截取一束光，使之落入干涉儀的通光孔徑，用硅光電池探測通過焦面上小孔光闌的光強，掃描氣壓，測得透射峰，移去干涉儀，再測得照明光束的強度，則峰值透射率。移去干涉儀時，光束方向會有所改變，需調(diào)整探測組件的方位才能

27、測得。因激光強度會漂移起伏，因此用探測器D2監(jiān)測其相對變化。由于平鏡非理想平行平面，故在不同位置、用不同截面的光束所測得的會有所不同。圖 10 測定參數(shù)實驗裝置(4)對比度的測定用擴束平行單頻激光照明干涉儀，把干涉儀掃描到透射極小狀態(tài)，停止掃描。把面積為的較大孔徑光闌置于光路中，測定透射極小時的光通量的相對值，這時因為很弱，而較大，應(yīng)嚴格遮蔽雜散光，同時用6328Å的窄帶干涉濾光片擋住激光器的各種其他波長的自發(fā)輻射。再換面積較小的孔徑光闌，測定透射極大時的光通量的相對值，即可求得對比度：(32)之所以用孔徑光闌、，是為了使探測器面對的信號強度不要太懸殊。3.空氣折射度的測定掃描幾個干

28、涉級次，從氣壓表上讀出第一和最后干涉極大所對應(yīng)的氣壓和，根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)具間隔h，按(29)式求得系數(shù)A，我們所用的是普通空氣，所以A即為實驗溫度下的空氣折射率小數(shù)。4.光譜燈譜線輪廓和超精細結(jié)構(gòu)的測定用光譜燈和聚光透鏡取代激光器和擴束平行光管，用干涉濾光片或單色儀濾出一條譜線，用光電倍增管探測通過干涉圖中心小孔光闌的光通量，掃描記錄該譜線，可得到譜線的輪廓、寬度和超精細結(jié)構(gòu)的分布。由此可進一步得到發(fā)光原子的能態(tài)和所處環(huán)境的信息。圖11是汞5461Å譜線用2mm間隔的FP干涉儀得到的結(jié)構(gòu)?？杀容^筆形汞燈、低壓汞燈及高壓汞燈的譜線輪廓和寬度。圖 11 汞5461Å譜線結(jié)構(gòu)5.塞

29、曼效應(yīng)的的測定“塞曼效應(yīng)”是高校理科“近代物理實驗”中的基本實驗之一，塞曼和洛侖茲由于這方面的研究獲得了1902年諾貝爾物理獎。至今它仍是研究原子、分子的重要手段，在應(yīng)用方面，它被用于準(zhǔn)確而靈敏的磁場測量、原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(原子鐘)以及有關(guān)激光和微波激射器的多種應(yīng)用技術(shù)中。關(guān)于塞曼效應(yīng)的原理，所有有關(guān)原子物理和光學(xué)的教科書以及各種“近代物理實驗”教材上都有詳細的介紹。從實驗的角度，做好“塞曼效應(yīng)”實驗的關(guān)鍵在于分辨率高而工作穩(wěn)定的分光儀器，利用氣壓掃描FP標(biāo)準(zhǔn)具能完美地完成該實驗。實驗者應(yīng)從完成實驗的過程中，深入領(lǐng)會FP干涉儀的原理，掌握用好這類干涉儀的技巧，并觸類旁通地理解這類具有更廣泛意義的高分辨光譜和高靈敏光學(xué)測量的實驗技能。圖12是塞曼效應(yīng)實驗裝置安排。在開始調(diào)整儀器時，可拿開偏振片，使光強較大；同時取下光電倍增管而直接用眼睛通過焦面小孔光闌觀察。調(diào)整好FP干涉儀后，取下焦面小孔光闌，可目視觀察無磁場和有磁場時氣壓掃描的等傾干涉圖；裝上帶小孔光闌的光電倍增管組件即可進行光電記錄，必要時可采用前面介紹的方法，保證光闌