1、實驗四掃描Fabry-Perot標準具及其在塞曼效應等高分辨率光譜檢測中的應用一、實驗目的了解F-P標準具的原理；掌握其調整、使用方法；利用氣壓掃描法測定標準具的主要 技術指標；應用該儀器測定塞曼效應等。二、實驗儀器、材料氣壓掃描Fabry-Perot標準具、單頻 He-Ne激光器及其電源、硅光電池探測器、函數 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. F - P干涉儀的簡要描述F-P干涉儀的核心是兩個平面性和平行性極好的高反射光學鏡面，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

2、，如圖1所示。前一種形式結構簡單，使用時無需調整，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，故性能不如后者優良。用固定間隔 來定位的F-P干涉儀又常稱為 F-P標準具。間隔圈常用熱膨脹系數小的石英材料 （或零膨 脹微晶玻璃）。它在三個點上與平鏡接觸，用三個螺絲調節接觸點的壓力，可以在小范圍內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。1#圖1F-P干涉儀的多光束干涉#近代物理實驗圖2法布里一珀羅標準具的使用F-P干涉儀采用多光束干涉原理，關于多光束干涉的詳細理論可參閱有關專著，

3、我們 在此就直接利用有關的一些關系式。設每一鏡面的反射率都為 R,透射率為T，吸收散射等引起的損耗率為 t,則有R T 飛=1 （1）圖1中相鄰兩光束的光程差為:=2 nhcos：=2h. n2s in2： （2）其中h為鏡面間隔距離，n為鏡間介質折射率，a為入射光束投射角，B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決定：(3)1 _(1訂R +T # +4(1 訂R +T )sin2 ir=ir21-1- .R241-. Rsin2在透射光中光強分布為0-tT2|T =lo,1-1- R2 41 - Rsi n2$(4)3近代物理實驗#近代物理實驗其中l 0為入

4、射角為：啲入射光強；而G為相鄰光束的相位差，來自由（2）式表示的光程差和兩次反射時的相位差變、：-2 :、冷 、2 (5)其中、學對金屬膜可認為常數，對介質膜來說它們是零，下面我們不予考慮。所以對一定波長的單色光，因入射角a而變。可見干涉極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。干涉圖的圓心位置在通過透鏡光心 的F P鏡面法線上。當鏡面的吸收率可 忽略時，（3）、（4）式簡化為：4R sin2 20-R 2 +4Rsin2號(6)(1-R$ 2豈 2I = I o1 - R ? 4Rsin(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，透射光是暗

5、背景上的亮環,兩者是互補的，其和等于入射光強10（ :）。圖3透射光和反射光根據（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)m =2 nhcos：=2h“ n2-s in2： 其中m為干涉級次，是正整數。2. F P干涉儀的技術參數F P干涉儀作為光譜儀器，其主要參數是：（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F P干涉儀質量的主要指標，而尤以 （5）為最重要。把（8）式對入微分，可得角色散為：d：-12. 2dn(9)n -sin ： - n - d 人 Xcos

6、asi nad&:(當：和亞小時)/.： d 可見角色散與鏡間距離和反射膜性質無關，當入射角a 0時,負號表示入增大時，相應的透射光束a變小。玻璃平行平板（n : 1.5）F P標準具比空氣板標準具的角色散約大n2倍。5近代物理實驗在成象透鏡焦面上所得干涉圈的線色散顯然為:drd ：fdd -八；/.r(10)#近代物理實驗#近代物理實驗式中f為透鏡焦距，r為干涉環半徑。把(8)式對m微分，把作為常數，再令.m -1，可得相鄰干涉級次間的角間隔 / 2 2 ,(11)n sin tn時T 2hsin : cos：2hsin：焦面上單色光相鄰干涉環的間距為:f2hsin :-:小時Zf22hr(

7、12)可見鏡間距離增大時，干涉環的間隔距離就縮小；成象透鏡焦距f增大時，干涉環間隔迅速增大。為了得到便于觀察的干涉圖，需選用焦距適當的成象透鏡。當采用有限空間 分辨率的探測器探測時，應采用適當焦距的透鏡來獲得必要的線色散，可以看出，把探測 器置于干涉環中心(.、一. 0，r 0)是有利的。不重迭光譜范圍亦稱自由光譜區，就是當一個波長的第m級次干涉極大與另一波長. /.FSR )的第(m -1)級次重迭時，兩者的波長差 FSR，由上面的討論，應有FSR丄(13)根據(9)和(11)式2 2 . 2扎 Pn sin aFSR =2hn2 - sin2 二n 屯-d-(14)分母中第三項不大，可忽略

8、，小角度時sin2也很小。這時:.2匚：FSR2nhn 3時*2h(15)#近代物理實驗#近代物理實驗若用頻率表示，則為一 FSRC2nhC2h#近代物理實驗#近代物理實驗12h若用波數表示，則為(16)與波長無關，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時， 就會發生干涉圖重迭，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小得多，就不易被分辨開。所以鏡間距應根據研究對象的光譜范圍來選擇。例如，塞曼效應中，汞 用2mnm勺鏡間隔。由(4)和(7)式可見，干涉儀的峰值透過率為5461?譜線的塞曼分裂可達0.75?，故選max(1

9、7)iLxI0可見，隨著T趨向零，TmaX 1，而當t 一定時，隨反射率 R的增大，Tmax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:1- T211 - . R 2T200(,0)(18)7近代物理實驗#近代物理實驗干涉儀的重要指標之一 襯比因子C(亦稱對比度)為：c 羸 1+(1-1rF7(1+R)2(19)C 2 Imn 1-(17 rF11-R 丿圖4 Tmax與T和R的關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Gin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F- P干涉

10、儀對于理想單色光透射光強減到 峰值一半所對應的相位 寬度 -2“：是不大的，(7)式分母中兩項相等時就是求得匸:的條件，其中取sindsin m卄竺竺2I2 丿 2可得討=2(20)#近代物理實驗#近代物理實驗透射峰半高處寬度除以相鄰峰間距就是細度。相鄰級次的干涉峰相應于2n位相差,所以F P干涉儀的細度為:(21)可見細度由反射率決定而與h無關，這里是假定兩鏡面是理想的平行平面，故Fr稱為反射率細度。圖5曲線1表示(21)式所示的FrR關系。細度越大，分辨緊鄰譜線的能 力當然越強，但不能靠無限制地提高R來提高細度。細度嚴重地受限于鏡面的平面度和平行度。平行度往往可以調整，盡量調到最佳，但平面

11、度卻受限于工藝技術，不可能達到理 想狀態，這往往是限制細度的主要原因。圖5 F和R關系由于有平面誤差和平行誤差。所以在全孔徑范圍內，h是坐標(x,y)的函數。鏡面的平面平整度通常用全孔徑范圍內以波長入表示的最大起伏一來表示，例如一、M30100200等。用單色平行光束垂直鏡面投射時，由于各處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，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，對應的干涉光束有M細度”為：的光

12、程差起伏，就會引入附加“平整度M(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的中心設置一個直徑為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”（pi nhole fi nesse）:4 f2F hd2(23)9近代物理實驗考慮到反射率細度Fr、平整度細度Ff、小孔細度Fp，儀器的綜合細度 斤滿足:f2丄丄丄fR fF f2(24)#近代物理實驗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。通常對斤的主要限制來自Ff。圖5中曲線2、3、4表示了這種限制。可見鏡面平 面度對

13、F-P干涉儀的細度有著決定性影響。縮小標準具的使用面積，可以減小平面誤差的影響，提高Ff。當光束截面很小時，可忽略Ff的影響，使F常Fr，能達到很高的值。縮小使用面積帶來的不良影響是減少了標準具的集光本領，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，從而使分辨率隨入射角a的增大而迅速減小。如果兩個單色光 入和（入+ 3入）的峰值間隔正好為（20）式所示的，則3入稱為干 涉儀本身的儀器寬度。取（5）式對入的微分，再利用（20）式，即可得2 1 -R2nh cos I R2n hcosP F(25)#近代物理實驗2nh F儀器寬度就等于自由光譜區除以細度。用波數表示儀

14、器寬度為: 12nh cos :1 . 1F 2nhF(26)#近代物理實驗#近代物理實驗可見，儀器寬度的波數值與細度和鏡間距離h成反比。儀器的分辨本領為:& 2nh cosP5Z人F (27)#近代物理實驗可見分辨本領與細度 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, 使干涉環直徑及環間隔都減小，使不重迭光譜范圍減小，使干涉儀的調整變得困難。綜上所述，對于鏡間介質折射率確定的 F-P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取決于鏡間距離和細度的乘積；對于理想的

15、平行平面，F- P干涉儀，細度Fr僅取決于反射率，在實際情況下，儀器能達到的細度 F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。在應用F- P標準具時，應根據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F-P干涉儀質量的指標主要是峰值透過率 Tmax、襯比因子C和綜合細度F，而以細度尤為重要。其他還有溫度穩 定性、抗振性能等。在F-P干涉儀中，使鏡面具有高反射率和低損耗率是很關鍵的。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域的反射率可達95%，但在紫光區域就比較差了，到3100?左右，降到接近零。鋁膜在紅光和黃光區域反射率接近銀膜，對

16、于波長較短的光，鋁膜優于銀膜，可一直用到2000?。現在多層介質膜技術可以容易制得R在 99%以上的高反射膜，而損耗t w 0.2 %。高反射率的光譜帶寬通常約為1000?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Fr和由t及R決定的Tmax。采用多層介質膜時還應注意膜層應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；采用照相法時應注意 選用焦距適當的照相鏡頭。也可以用攝象機攝下干涉圖，在顯示屏幕上對干涉圖進行

17、數據 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點，但其象素有限，同時，干涉圖愈向外圈，色散愈小，分辨本領和光強也 都愈小。下面著重介紹掃描光電記錄法。由F P干涉儀的程差表示式掄=2nhcos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3都可以改變程差 ，從而實現干涉光譜的掃描。改變傾角法通常是轉動標準具本身，在成象透鏡焦平面上設置一段短狹縫光闌，隨著 標準具法線取向的變化，使整套干涉環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

18、的實心介質標準具。其缺點是標準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，干涉光束數目減少，從而分辨率下降。較好的辦法是掃描 h或n,這時干涉環的圓心位置不變，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，但這種方法穩定性差，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），這類方法操作方便，

19、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構，使其機械穩定性和溫度穩定性降低。但采取嚴格措施，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，采用固定間隔環的 F-P標準具的穩定性好，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，標準具光學厚度的相應改變有多大。理論和實驗都表明， 在相當大的氣壓范圍內，氣體折射率n與

20、氣體密度p有很好的線性關系，在溫度 T不變時與氣壓P也有線性關系：n =A W P =AP T(28)其中A、A”和A為常數。光束入射角接近0時，干涉級次為m3氣壓改變13近代物理實驗#近代物理實驗 P時，干涉級次的改變為:Lm2hA P(29)#近代物理實驗#近代物理實驗如果采用空氣，在標準條件下，A =2.93 10* 1大氣壓，當入=5500? , h= 2mm P= 2大氣壓時，能掃過干涉級次 m= 4.262。氣壓掃描的具體做法是把F- P標準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，干涉環從中心冒出，擴

21、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：n = 1 AP = 1 kt(30)#近代物理實驗但要得到較好的線性，抽氣、充氣系統并不簡單方便，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，用步進電機驅動的封閉壓縮泵來改變容器內的氣壓。容器上裝有半 導體壓力傳感器，直接輸出與氣壓成線性關系的電壓信號，作為記錄儀的X坐標信號。由2nh =m可知，對于入確定的單色光，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

22、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GHz量級的頻寬，其透射峰是儀器線形與譜線線形的卷積。#近代物理實驗#近代物理實驗圖6單色光的光電掃描光譜#近代物理實驗作為封閉壓縮系統驅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，避免封閉壓縮系統的空間縮小時，恒定的步速使氣壓上升速度越來越快，導致信號探測和處理中時間響應的不一致。用氣壓傳感器的氣壓信號作為正比于氣體折射率的信號，其前提是系統的溫度應保持 不變。在儀器結構上已盡量使溫

23、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根據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0.41.1卩m不需要供給其他工作電壓。但應注意，光電池的短路光電流才與光信號強度有線性關系，所以采用的信號放大器輸入阻抗必須是 極小的，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 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 負高壓關系很大，

24、調節負高壓可在相當大的范圍內，改變輸出光電信號的大小，同時要求 負高壓要足夠穩定，否則光電信號將會產生明顯的漂移或抖動。數據記錄可以采用 X Y記錄儀，也可通過 A/D轉換接口輸入到 PC機，用專用軟件來 顯示掃描曲線和進行數據處理。四、實驗內容1. 調整儀器系統同時能加深對儀器原理和功能的認把儀器調整到最佳狀態是實驗取得優良效果的基礎, 識，學會正確而巧妙地使用儀器， 這對 提高實驗能力十分重要。在 F-P干涉 儀的實驗中，應注意如何調節兩鏡的平圖7通常觀測平行度方法LS 線光譜光源；L1 聚光透鏡；IF 干涉濾 光片；F P標準具；Eye 眼睛行度，如何求取平面度最好的部位用于 實驗，如何

25、正確地把小孔光闌設置到干 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，把調整工作巧妙地做 得特別卓越。通常調節F P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，如果移動時發現環從中心冒出并擴大，說明沿此方向鏡間距在增大，應調節相應螺 旋，糾正之。實踐證明，這樣的調節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F-P干涉儀的平行光束來觀察，如圖8所示。這樣觀察到的是等厚干涉條紋。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哪個螺旋，如何調。

26、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，整個孔徑內亮暗應均勻分布，在透射峰時呈現的 干涉圖是一均勻亮場。由于不平行，才會導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。平行度調到最佳后，由于鏡面必定存在平面度誤差，所以透射圖8掃描法觀測平行度LS線光譜光源；|_1 聚光透鏡;L 2 成象透鏡；IF 干涉濾光片;Ph小孔光闌；Eye 眼睛峰時仍不是均勻亮場。從以上的觀察和調節，可 以直觀地領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

27、影響。焦面上小孔光闌設置于干涉環的中心是最有 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，為此，我們的儀器在小孔光闌后 方設置了一個可移動的發光二極管，可把它移到 正對小孔，使光向前經成象透鏡投射到F- P鏡上，再反射回來，又在焦面上成一亮點，如圖9所示，調整F-P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的正中心。 調畢，把發光二極管關閉并移開，不妨礙光電探 測器接收信號。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置 合適的靈敏度以外，對 X軸的氣壓(波長)信號， 還可在“掃描控制器”上連續調節氣壓模擬信號 的“輸出調節

28、”；對Y軸光強信號，還可調節光源 的光強、光電倍增管電壓、光電流放大器倍率或“輸出調節”來得到合適的信號強度。(1)兩鏡相對平面度的估測2. F - P干涉儀主要參數的測定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(xyd處在氣壓R時達到極大，(X2, y2)處在F2時達到同一級次的極大，這意味著小=n?h2，根據(28)、(29)式可得這兩處的鏡間距差為：(31)P2 RP其中S P是對應于相鄰兩個干涉級次峰的氣壓差，它等

29、價于h相差二。2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 到干涉極大的相應氣壓，從而可估測出鏡間距的最大偏差- =hmax，在平行度調到最佳的情況下，厶hmax就表示兩平鏡的“相對平面度”。如采用擴束平行 He-Ne激光束照明，因其譜線寬度窄，估測效果會更好。但應注意， 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，或在小孔后設置 一白屏，觀察透射光斑。這時往往還可看到相應于不同縱模的條紋。細度的測定用擴束平行單頻 He -Ne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

30、峰之間距離以峰半高處寬 度，即為細度F|。實驗系統如圖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(Ahmax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。(3)峰值透射率的測定用擴束平行單頻 He - Ne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Rax，移去干涉儀，再測

31、得照明光束的強度Io，則峰值透射率ITTmaxmaX。移去干涉儀時，光束方向會有所改變，需調整探測組件的方位才能測得Io。|0因激光強度會漂移起伏，因此用探測器D2監測其相對變化。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Tmax會有所不同。(4)對比度的測定用擴束平行單頻 He-Ne激光照明干涉儀，把干涉儀掃描到透射極小狀態，停止掃描。把面積為5的較大孔徑光闌置于光路中，測定透射極小時的光通量Gn S1的相對值I1，這時因為I?nin很弱，而S1較大，應嚴格遮蔽雜散光，同時用6328?的窄帶干涉濾光片擋住激光器的各種其他波長的自發輻射。再換面積s2較小的孔徑光闌，測定透射

32、極大時的光通量Imax s2的相對值丨2，即可求得對比度:maxmnD S1I1 S2(32)之所以用孔徑光闌、S2，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涉級次， 從氣壓表上讀出第一和最后干涉極大所對應的氣壓P1和R，根據已知的標準具間隔h,按(29)式求得系數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。4. 光譜燈譜線輪廓和超精細結構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、寬度和超精細結構的分布。由此可進

33、一步得到發光原子的能態和所處環境的信息。 圖11是汞5461?譜線用2mm間隔的F P干涉儀得到的結構。可比較筆形汞燈、低壓汞燈及高壓汞燈的譜線輪廓和寬度。圖11汞5461?譜線結構5. 塞曼效應的的測定“塞曼效應”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，在應用方面，它被用于準確而靈敏的磁場測量、原子頻率標準(原子鐘)以及有關激光和微波激射器的多種應用技術中。關于塞曼效應的原理，所有有關原子物理和光學的教科書以及各種“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”實驗的關鍵 在于分辨率高而工作穩定的分光儀器，利用氣壓掃描F- P標準具能完美地完成該實驗。實驗者應從完成實驗的過程中，深入領會F-P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測量的實驗技能。圖12是塞曼效應實驗裝置安排。在開始調整儀器時，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。調整好F P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，保證光闌小孔位于干涉環 的正中心