A1 Zeeman-Effekt / Fabry-Perot-Interferometer

A1 Zeeman-Effekt /Fabry-Perot-InterferometerI. AufgabenstellungIm ersten Teil sind das Fabry-Perot-Interferometer (FPI) und die optische Abbildungzu justieren. Im zweiten Teil wird mit diesem Interferometer der normale Zeeman-Effekt an der roten Cadmium-Linie (5 1 D 2 – 5 1 P 1 ) studiert. Das FPI wird dabei durchdie gezielte Änderung des Luftdrucks in einem geschlossenen Rezipientendurchgestimmt (pressure scanning). Eine Cd-Lampe befindet sich im Luftspaltzwischen den Polen eines starken Elektromagneten. Die Zeeman-Aufspaltung wirdals Funktion der Feldstärke des angelegten Magnetfeldes sowohl in longitudinalerwie auch in transversaler Richtung gemessen. Zudem werden diePolarisationseigenschaften der emittierten Strahlung untersucht.II. GrundlagenFPI (s. III.a,b):• Prinzip und Grundgleichung des FPI• Vielstrahlinterferenz, Airy-Formel• Freier und auflösbarer Spektralbereich, Finesse• Einfluß der Oberflächenqualität auf die Finesse• Dispersion des FPI• Dielektrische Spiegel• Vergleich FPI – Gitterspektrometer• Optischer Aufbau des VersuchsZeeman-Effekt (s. III.c):• Halbklassisches Bild des normalen Zeeman-Effektes• Magnetisches Moment, Energie im Magnetfeld, Drehimpulsquantelung• Auswahlregeln, Spektrum mit und ohne Magnetfeld• Polarisation (klassische Interpretation der orientierten Dipole)• Quantenmechanische Beschreibung (Hamilton-Operator, Rabifrequenz,Polarisation, Auswahlregeln)• LS-Kopplung, magnetisches Moment des Elektrons• Anomaler Zeeman-Effekt (Vektor-Modell)• Paschen-Back-EffektIII. LiteraturhinweiseZum FPI:a) J.M. Vaughan, The Fabry Perot Interferometer, S. 89-112, 123-127, 154-157,Adam Hilger, Bristol (1989), UGL 1081b) W. Demtröder, Laserspektroskopie, 2. Auflage, S. 66-107, Springer Verlag, Berlin(1991)

Zum Zeeman-Effekt:c) H. Haken, H.L. Wolf, Atom- und Quantenphysik, S. 183-228, 235-239, SpringerVerlag, Berlin (1990), UHI 1365(4)d) Als weiterführende Literatur z.B.:M.A. Morrison, T.L. Estle, N.F. Lane, Quantum States of Atoms, Molecules andSolids, p. 156-173, Prentice-Hall Inc. (1976), UHK 1195R. Becker, F. Sauter, Theorie der Elektrizität Bd. II, S. 159-162, B.G. TeubnerVerlagsgesellschaft, Stuttgart (1970), UEB 1017 (21)IV. VersuchsanordnungV. Meßprogramm1. AufgabeZunächst müssen die beiden Spiegel des FPI parallel aufgestellt werden.Aufbau des He-Ne-Lasers, der Streuscheibe, der Linse L 2 (f = 300 mm) und des FPI.Der helle Fleck des Lasers auf der Streuscheibe dient als Lichtquelle für dieBeleuchtung des FPI.Beim Blick in das FPI sieht man ein Muster konzentrischer Ringe. Ziel ist es, durchDrehen an den Schrauben des FPI das „Pumpen“ (dunkle Ringe gehen in helle über)zum Verschwinden zu bringen oder zumindest zu minimieren.Aufbau der optische Abbildung entsprechend der Abbildung.Das FPI wird innerhalb des Rezipienten zentrisch und senkrecht zum Strahlengangaufgestellt. Bei geöffneter Blende und Einsatz des Rotfilters (F) erkennt man einRingmuster. Diese Justierung kann auch ohne Rotfilter mit Hilfe des auch im Grünensichtbaren Ringmusters durchgeführt werden. Der X-Eingang des Schreibers wird mitdem am Rezipienten befindlichen Drucksensor verbunden. Zur eigentlichen Messungmuß der Rezipient evakuiert und anschließend wieder belüftet werden.