Hg_1-1
.pdf
4. Для проведения измерений по интерферограмме можно использовать также программу Paint. Она удобна тем, что позволяет получать негативы зарегистрированных кадров. Это помогает лучше рассмотреть слабые линии. Для количественных измерений в Paint нужно выбрать пункт «\» в левом меню. Тогда при наведении курсора на точку рисунка можно узнать ее координаты в пикселях.
Справка: 1 у.е. = 1 ячейка ПЗС-матрицы телекамеры. Размер одной ячейки 7.4 мкм × 7.4
мкм. Эти данные не требуются для обработки интерферограммы.
5. Выключите ртутную лампу согласно инструкции, а также ТВ камеру из розетки.
Обработка интерферограмм
Если на интерферограмме видны лишь фрагменты колец, то для оценки расщепления можно воспользоваться приближенной формулой δλ ≈ (l / L) λ , где L = Dm −1 − Dm , λ − область свободной дисперсии интерферометра (рис. 10). Имейте в виду, что эта формула годится лишь для грубой оценки.
Если вам удалось получить картинку с резкими кольцами даже у слабых компонент, то для определения величин расщепления следует воспользоваться схемой, приведенной на рис. 10.
Диаметры колец D измеряются в условных единицах – пикселах. Для обработки результатов можно использовать программу Hg.mcd, имеющуюся на компьютерах в практикуме (см.
приложение).
Разность длин волн, соответствующих двум кольцам в m-м порядке интерференционной картины, равна:
где λ = λ2
2d
волны линии
|
D2 |
− D2 |
|
δλ = |
m−1, λ +δλ |
m−1,λ |
λ, |
D2 |
|
||
|
− D2 |
||
|
m−1, λ |
m,λ |
|
− область свободной дисперсии интерферометра Фабри − Перо, λ = 5461 Å − длина
Hg, d = 4 мм − расстояние между зеркалами интерферометра Фабри − Перо.
14
Dm – 1, л + дл
l
Dm, л
Dm – 1, л
Рис. 10. Обработка интерферограммы
Следует отметить, что точность обработки интерферограмм в значительной степени определяется качеством интерференционной картины, которое зависит от настройки оптической схемы экспериментальной установки.
Задания |
|
|
|
|
|
|
1. Вычислить область свободной дисперсии интерферометра Фабри − Перо λ = |
λ 2 |
в ангстремах |
||||
2d |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
и обратных сантиметрах и теоретическое значение разрешающей способности |
R = |
2π d r |
, где |
|||
λ (1 − r) |
||||||
|
|
|
|
|||
λ= 5460,74 Å, d = 4 мм, r = 0,95 − коэффициент отражения зеркал интерферометра Фабри − Перо.
2.Определить по интерферограмме спектральные расстояния между наблюдаемыми в спектре компонентами (в Å и см−1). Оценить погрешности измерений.
3. Провести сопоставление полученной экспериментально структуры расщепления линии λ = 5461 Å со структурой, приведенной на рис. 7, и, в частности, объяснить, почему в эксперименте не разрешается центральная группа, состоящая из 6 компонент.
15
Контрольные вопросы
1.Теория тонкого расщепления (LS-взаимодействие), оценка по порядку величины. Характерная величина для Na и Hg. Показать на диаграмме Гротриана линию ртути, регистрируемую в эксперименте.
2.Теория сверхтонкого расщепления, связанного с взаимодействием с магнитным моментом ядра. Оценка по порядку величины, сравнение с тонким расщеплением. Характерная величина для натрия
иртути. Показать, что в сравнении с натрием СТС ртути примерно соответствует оценке.
3.Изотопический сдвиг, связанный с массой ядра. Зависимость от массы. Характерная величина расщепления для водорода и дейтерия на линии Hα , ожидаемая величина для ртути.
4.Оценить, при какой температуре паров ртути СТС перестанет разрешаться.
5.При каком диаметре входной диафрагмы (см. рис. 8) разрешение интерферометра Фабри − Перо снизится и почему?
6.Каким должен быть размер источника излучения, чтобы можно было зарегистрировать три порядка интерференции? Сделать оценку для параметров интерферометра Фабри − Перо, использовавшегося в эксперименте.
7.Оценить разрешающую способность интерферометра Фабри − Перо по результатам обработки интерферограмм, сравнить с теоретическим значением.
Библиографический список
1.Фриш С. Э. Оптические спектры атомов. М.; Л.: Физматгиз, 1963.
2.Копферман Г. Ядерные моменты. М.: Иностр. лит. , 1960.
3.Зелевинский В. Г. Лекции по квантовой механике: Учеб. пособие. Новосибирск, 2002.
4.Толанский С. Спектроскопия высокой разрешающей силы. М.: Иностр. лит. , 1955.
5.Ельяшевич М. А. Атомная и молекулярная спектроскопия. 3-е изд. М.: КомКнига, 2006.
6.Таблицы физических величин: Справ. / Под ред. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976.
7.Королев Ф. А., Одинцов В. И. Оптика и спектроскопия. М., 1956. Т. 1.
8.Лебедева В. В. Экспериментальная оптика. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994.
16
ПРИЛОЖЕНИЕ (Текст файла Hg.mcd)
Изучение изотопической и сверхтонкой структуры
спектральных линий. Обработка интерферограмм
Измените значения DM, Dm, Dl в соответствии со своими измерениями. DM − диаметр кольца порядка m для длины волны λ, Dm − диаметр кольца порядка m - 1 для этой же длины волны, Dl − диаметр кольца порядка m - 1 для длины волны λ + δλ (см. рис. ниже).
DM: = 100 Dm: = 150 Dl: = 140
λ: = 5461 − длина волны линии Hg, Å;
d: = 4 − толщина распорного кольца интерферометра Фабри − Перо, мм;
fd: = λ2/(2d·107), fd = 0.373 − область свободной дисперсии интерферометра, Å;
fdl: = 108{1/λ–1/(λ+fd)}, fdl = 1.25 − область свободной дисперсии интерферометра, см-1; C: = Dm2 – DM2 − разность квадратов диаметров двух колец в соседних порядках;
dl: = [(Dm)2 – (Dl)2]·fd/C, |
dl = 0.092 − |
величина расщепления линии, Å; |
dll: = [(Dm)2 – (Dl)2]·fdl/C, |
dll = 0.308 |
− величина расщепления линии, см-1. |
Dm – 1, л + дл
l
Dm, л
Dm – 1, л
17